JP2816691B2 - Optical switch assembly - Google Patents

Optical switch assembly

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JP2816691B2
JP2816691B2 JP63328073A JP32807388A JP2816691B2 JP 2816691 B2 JP2816691 B2 JP 2816691B2 JP 63328073 A JP63328073 A JP 63328073A JP 32807388 A JP32807388 A JP 32807388A JP 2816691 B2 JP2816691 B2 JP 2816691B2
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04QSELECTING
    • H04Q11/00Selecting arrangements for multiplex systems
    • H04Q11/0001Selecting arrangements for multiplex systems using optical switching
    • H04Q11/0003Details

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は一般に光スイッチ特に自由空間で光信号を交
換する光スイッチアセンブリーに関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates generally to optical switches, and more particularly to optical switch assemblies for exchanging optical signals in free space.

背景技術 光導波路の光信号をスイッチするためには2×2の方
向性結合器が使用される。このような導波路方向性結合
器の問題はこれを入出力で光結合するときの電力損失で
ある。この結果として、これらの方向性結合器を含むス
イッチマトリクスの大きさが制約される。このような方
法性結合器のひとつとして、リチウムニオブのクロスバ
結合器があり、これは長い物理的構造を有している。こ
の結果として、このクロスバ結合器を含む大形のスイッ
チマトリクスを作るには物理的に折り曲げる必要があ
り、このために電力損失が増大することになる。
2. Description of the Related Art A 2 × 2 directional coupler is used to switch an optical signal in an optical waveguide. A problem of such a waveguide directional coupler is a power loss when the waveguide is directionally coupled at input and output. As a result, the size of the switch matrix including these directional couplers is restricted. One such methodical coupler is a lithium niobium crossbar coupler, which has a long physical structure. As a result, a large switch matrix containing this crossbar coupler requires physical bending, which increases power loss.

導波路を使わないで、自由空間の中で光信号をひとつ
の列の任意の位置から、単一の行の選択された位置にス
イッチする光クロスバスイッチも知られている。セレク
タ/デコーダの2次元の配列が典型的に二つのレンズの
間に設けられてこのクロスバ光スイッチを実現する。し
かし、この光スイッチは光信号を1次元でスイッチす
る。すなわち、単一の列から単一の行へ、またこの逆方
向へスイッチする動作に限定されている。
Optical crossbar switches are also known that switch an optical signal in free space from an arbitrary position in one column to a selected position in a single row without using a waveguide. A two-dimensional array of selectors / decoders is typically provided between the two lenses to implement this crossbar optical switch. However, this optical switch switches the optical signal in one dimension. That is, it is limited to switching from a single column to a single row and vice versa.

これらの従来技術の光クロスバスイッチの単一の段で
は光ファイバで受信された直列のビットを並べ換えるよ
うな時分割光交換を実現することができる。このような
光スイッチを1段使用して、直列のビットの流れを1本
の入力ファイバから選択された出力ファイバにスイッチ
するような空間分割交換を実現することもできる。さら
に、これらの光スイッチを何段か相互接続して空間・時
間交換を実行することもできる。しかし、これらの光ク
ロスバスイッチの問題はこれを組合わせて、単一の段で
空間および時間分割の組合わせた交換実行することがで
きないということである。
A single stage of these prior art optical crossbar switches can implement time division optical switching such as reordering serial bits received on an optical fiber. Using one stage of such an optical switch, it is also possible to realize space division switching in which a serial bit stream is switched from one input fiber to a selected output fiber. Furthermore, these optical switches can be interconnected in several stages to perform space-time exchange. However, the problem with these optical crossbar switches is that they cannot be combined to perform a combined exchange of space and time division in a single stage.

発明の要約 本発明の図示の実施例においては、2次元の入力配
列、ディストリビュータ、2次元の出力配列を有する自
由空間光スイッチアセンブリーによって、光情報信号を
入力配列の選択された行から出力配列の選択された行に
スイッチすることによって上述の問題と関連する欠点が
解決される。またスイッチには時間的に分離された光情
報信号の直列のビット列を入力配列に記憶された空間的
に分離された並列のビット情報に変換するための入力シ
ステムを含んでいる。この結果として、単一の交換段で
光信号の空間スイッチと時間スイッチの両方を実行でき
るという大きな技術上の進歩が実行できることになる。
さらに、この光スイッチアセンブリーは光源の配列の行
のような2次元の光信号を有利に交換することができ
る。本発明の光スイッチのディストリビュータは電界パ
ターンを空間的に分配し、この結果として、例えば、複
数の入力位置の内の任意の位置からの光信号を出力電界
パターンにして、複数の出力位置のすべてを照らして、
出力の電界パターンの大きさを入力電界パターンのフー
リエ変換にすることができる。ディストリビュータは、
例えば、入力位置の配列の選択された行からの個々の列
の光信号をその光軸と出力配列の対応する列の中心に関
して中心を合わせて分散し、個々の対応する出力列の各
位置を照らすようにすることができる。入力列における
光信号の垂直位置には無関係に同一の結果が得られる。
選択された入力配列の行の他の列から発された各々の光
信号についても同様の結果が得られる。
SUMMARY OF THE INVENTION In the illustrated embodiment of the present invention, an optical information signal is output from a selected row of an input array by a free space optical switch assembly having a two-dimensional input array, a distributor, and a two-dimensional output array. The disadvantages associated with the above-described problem are resolved by switching to the selected row. The switch also includes an input system for converting a serial bit sequence of the temporally separated optical information signals into spatially separated parallel bit information stored in the input array. As a result, a significant technological advance can be made in that a single switching stage can perform both spatial and temporal switching of optical signals.
Furthermore, the optical switch assembly can advantageously exchange two-dimensional optical signals, such as rows of an array of light sources. The distributor of the optical switch of the present invention spatially distributes the electric field pattern. As a result, for example, an optical signal from any of a plurality of input positions is converted into an output electric field pattern, and all of the plurality of output positions are output. In the light of
The magnitude of the output electric field pattern can be converted to a Fourier transform of the input electric field pattern. Distributor
For example, the optical signals of the individual columns from the selected row of the array of input locations are distributed centered about their optical axis and the center of the corresponding columns of the output array, and each position of each corresponding output column is It can be illuminated. The same result is obtained regardless of the vertical position of the optical signal in the input train.
Similar results are obtained for each optical signal emitted from the other column of the row of the selected input array.

光スイッチアセンブリーにさらに含まれるのは選択さ
れた入力位置から選択的に光入力信号を放出するための
各入力位置に設けられたエンコーダである。エンコーダ
は選択された光信号がディストリビュータを通過する順
序を制御する。入力位置が行および列状に配置された図
示の実施例においては、エンコーダは一時に空間的に分
離された光信号のひとつの行を選択的に発光させてディ
ストリビュータに光を与える。
Also included in the optical switch assembly are encoders provided at each input location for selectively emitting an optical input signal from the selected input location. The encoder controls the order in which selected optical signals pass through the distributor. In the illustrated embodiment, where the input locations are arranged in rows and columns, the encoder selectively emits one row of the spatially separated optical signal at a time to provide light to the distributor.

スイッチの入力システムは例えば複数の入力光ファイ
バからの光情報信号の時間的に分離された直列のビット
列を空間的に分離された情報ビットパターンに変換する
光入力シフトレジスタの行を持つ配列と、各シフトレジ
スタの行からの空間的に分離した情報ビットパターンを
記憶するための行を持つ入力記憶配列を含んでいる。例
えば、光ファイバからの直列の時間的に分離された情報
は同時にシフトレジスタの行のグループの一端に同時に
与えられる。各々のタイムスロットすなわち時間周期の
グループの中のひとつのシフトレジスタだけに時間的に
分離した情報信号が受信されて行の全長にわたって空間
的に分離した情報をシフトすることができるようにな
る。即ち、直列データ流から送信器にMワード到達した
ときに各ワードがM個のシフトレジスタの別々のものに
シフトされる。各々の連続的なタイムスロットの間に他
の個々のシフトレジスタの行が付勢されて、そのタイム
スロットの情報を受信してシフトする。グループ中のす
べてのシフトレジスタの行に情報が与えられたあと、す
べての行の空間的に分離した情報ビットは全体として並
列に転送されて入力記憶配列に与えられる。
An input system of the switch, for example, an array having a row of optical input shift registers that converts a temporally separated serial bit sequence of optical information signals from a plurality of input optical fibers into a spatially separated information bit pattern; An input storage array having a row for storing a spatially separated information bit pattern from each shift register row is included. For example, serial, temporally separated information from an optical fiber may be simultaneously applied to one end of a group of rows of shift registers. Only one shift register in each time slot or group of time periods receives a temporally separated information signal so that the spatially separated information can be shifted over the entire length of the row. That is, when M words arrive at the transmitter from the serial data stream, each word is shifted into a separate one of the M shift registers. During each successive time slot, another individual shift register row is energized to receive and shift the information for that time slot. After information has been provided to all shift register rows in the group, the spatially separated information bits of all rows are transferred as a whole in parallel and provided to the input storage array.

時間的に分離した情報を空間的に分離した情報に変換
するのに加えて、この入力システムの他の利点は、情報
を蓄積した入力記憶配列は例えば、1フレーム分の空間
的に分離した情報の全配列をエンコーダ配列に与えて、
ディストリビュータに選択的に与えているのと同時に、
シフトレジスタ配列に対しては光入力ファイバから時間
的に分離した情報の連続した時間フレームを与えること
ができる。
In addition to transforming temporally separated information into spatially separated information, another advantage of this input system is that the input storage array storing the information can be, for example, one frame of spatially separated information. To the encoder array,
While giving it selectively to distributors,
The shift register array can be provided with a continuous time frame of information temporally separated from the optical input fiber.

この時間・空間変換の重要な結果として、シフトレジ
スタ配列だけが、時間的に分離された情報のデータ速度
に対して作用することができることがある。入力記憶配
列、デコーダおよびディストリビュータは時間的情報よ
り低い動作速度で動作することができる。
An important consequence of this spatio-temporal transformation is that only shift register arrays may be able to operate on the data rate of the temporally separated information. The input storage array, decoder and distributor can operate at lower operating speeds than temporal information.

出力位置に分配される光信号の信号対雑音比を改善す
るために、デコーダ配列はその光デバイスの位置を周期
的に配置しており、例えば、入力配列を行と列に配置
し、光信号を選択されたデバイスあるいはデバイスの行
から放出するようにする。出力配列の列の分配された光
出力信号の信号対雑音比は入力配列の列中のエンコーダ
デバイスの間の距離を減少しても、エンコーダデバイス
の放出領域の形状を制御することによって従来技術のス
イッチに比べて大幅に改善される。例えば、双安定エン
コーダデバイスのコントラスト比は1.5から2.0程度に低
いこともあるから、これは本発明の光スイッチの特記す
べき利点となる。光素子の双安定導通状態と非導通状態
の間に無限のコントラスト比が存在しなくても、入力列
の各素子の光の雑音信号は選択された光情報と先に空間
的に出力配列に分配される。エンコーダは各々の光雑音
信号の入力電界パターンへの寄与分を有利に制御し、そ
のフーリエ変換を各々の出力配列の列の全体の高さにわ
たって分布する所定の出力電界パターンに帰着させるよ
うにする。ディストリビュータへの入力スポットの強度
分布は、エンコーダにおける変調器の大きさと形状によ
って規定されることが知られており、そしてディストリ
ビュータによって遂行されるフーリエ変換の効果も非常
によく知られているので、出力デバイス配列においてデ
ィストリビュータによって生成される強度パターンを容
易にあらかじめ定めることができるのである。各々の入
力雑音信号の寄与分が本質的に均一であれば、出力列の
予め定められた位置における信号対雑音比は大幅に改善
され、そこにデコーダ素子を有利に配置すればよいこと
になる。
In order to improve the signal-to-noise ratio of the optical signal distributed to the output locations, the decoder arrangement periodically positions the optical devices, for example, by arranging the input arrangement in rows and columns, and From the selected device or row of devices. The signal-to-noise ratio of the distributed optical output signals of the columns of the output array reduces the distance between the encoder devices in the columns of the input array, but also by controlling the shape of the emission area of the encoder devices. Significant improvement over switches. This is a notable advantage of the optical switch of the present invention, for example, since the contrast ratio of a bistable encoder device can be as low as 1.5 to 2.0. Even if there is no infinite contrast ratio between the bistable conducting state and the non-conducting state of the optical element, the noise signal of the light of each element in the input string is spatially arranged in the output array first with the selected optical information. Be distributed. The encoder advantageously controls the contribution of each optical noise signal to the input electric field pattern such that its Fourier transform is reduced to a predetermined output electric field pattern distributed over the entire height of each output array column. . It is known that the intensity distribution of the input spot to the distributor is defined by the size and shape of the modulator in the encoder, and the effect of the Fourier transform performed by the distributor is also very well known, so the output The intensity pattern generated by the distributor in the device array can be easily predetermined. If the contribution of each input noise signal is essentially uniform, the signal-to-noise ratio at a predetermined location in the output sequence is greatly improved, and the decoder elements may be advantageously located there. .

出力列の予め定められた位置における信号対雑音比を
さらに改善するために、光スイッチアセンブリーはさら
にエンコーダ配列に対して、エンコーダ配列の列の全高
さに対してガウス分布を持ち、エンコーダ配列の行の全
長にわたって均一な分布を持つような予め定められた大
きさを持つ光電力信号を与える手段を含んでいる。この
結果として得られる光雑音信号と光情報信号のフーリエ
変換により、出力列の高さに沿った選択された位置の信
号対雑音比がさらに改善される。もう少し詳しくいう
と、入力デバイス配列の非付勢化スポットは、何らかの
望ましくない出力パワーを生じる可能性があるため、ま
た非付勢化スポットは規制正しく離間された間隔上にあ
るため、これら非付勢化スポットからのパワーは、フー
リエ変換関数の影により出力デバイス配列における離散
的な場所(ロケーション)に導かれることになる。とり
わけ、任意の周期関数のフーリエ変換はそれ自体周期関
数である。付勢化スポットからの望ましくないパワー
は、ディストリビュータシステムにおける雑音を表わす
ので、雑音パワーの大部分が出力デバイス配列における
離散的に向けられるという利点がある。出力検出器が雑
音パワーを向けられる離散位置から離れたところに位置
づけられる場合には、受信器は、非常に低い雑音レベル
で動作することが可能となる。これが「出力列の高さに
そって選択された場所における信号対雑音比がさらなる
改善を示す」理由である。
To further improve the signal-to-noise ratio at predetermined locations in the output array, the optical switch assembly further has a Gaussian distribution for the encoder array, for the entire height of the array of encoder arrays, and Means are provided for providing an optical power signal having a predetermined magnitude such that it has a uniform distribution over the entire length of the row. The resulting Fourier transform of the optical noise signal and the optical information signal further improves the signal-to-noise ratio at selected locations along the height of the output train. More specifically, the de-energized spots of the input device array may produce some undesired output power, and because the de-energized spots are on regulated, regularly spaced, these de-energized spots. The power from the energizing spot will be directed to discrete locations in the output device array by the shadow of the Fourier transform function. In particular, the Fourier transform of any periodic function is itself a periodic function. The undesirable power from the activation spot represents noise in the distributor system, and thus has the advantage that most of the noise power is directed discretely in the output device array. If the output detector is located at a distance from the discrete location to which the noise power is directed, the receiver can operate at very low noise levels. This is why "the signal-to-noise ratio at selected locations along the height of the output train shows a further improvement".

交換機能を完成するためにスイッチの出力位置に設け
られた複数の光蓄積素子を有するデコーダ配列はディス
トリビュータを通過する空間的に分布する光信号を選択
的に記憶する。これによって、入力配列の位置からの光
信号は出力配列位置の任意のひとつあるいはそれ以上に
スイッチされる。図示のスイッチにおいては、デコーダ
記憶素子にはまた、周期的に蓄えられる光源のフーリエ
変換に関連した信号対雑音比の改善を利用するために、
同一の番号を有する列と行はエンコーダ配列と同様に整
えて並べられている。ひとつあるいはそれ以上の選択さ
れた出力配列の行のひとつあるいはそれ以上に記憶され
た情報は次に光出力システムに与えられて、さらに空間
時間変換を受けて複数の出力フィルタに分配される。デ
コーダ記憶素子を行と列に配置することによって、配列
のひとつあるいはそれ以上の行を個別の通信チャネルに
対応させることによって、ブロードキャスト機能を有利
に実現することができる。
A decoder array having a plurality of light storage elements provided at the output of the switch to complete the switching function selectively stores the spatially distributed optical signals passing through the distributor. This causes the optical signal from the input array location to be switched to any one or more of the output array locations. In the switch shown, the decoder storage element also has the advantage of taking advantage of the improved signal-to-noise ratio associated with the Fourier transform of the periodically stored light source.
Columns and rows having the same number are arranged and arranged in the same manner as the encoder array. The information stored in one or more of the rows of the one or more selected output arrays is then provided to an optical output system for further space-time conversion and distribution to a plurality of output filters. By arranging the decoder storage elements in rows and columns, the broadcast function can be advantageously implemented by having one or more rows of the array correspond to individual communication channels.

図示の光スイッチアセンブリーにおいては、ディスト
リビュータはその軸に関して入力位置の任意のものから
伝播する光信号の中心となる光軸を有している。一例と
して、これはレンズの焦点面にフーリエ変換を発生する
円筒収束レンズを含んでいる。
In the illustrated optical switch assembly, the distributor has an optical axis about which axis the optical signal propagates from any of the input locations. As an example, this includes a cylindrical convergent lens that produces a Fourier transform at the focal plane of the lens.

隣接した入力および出力配列で、出力位置のすべてを
照らすために、ディストリビュータはまた例えば垂直方
向に通過する光信号を拡大するための円筒分散レンズの
ような拡大手段を含んでいる。
In order to illuminate all of the output locations, with adjacent input and output arrays, the distributor also includes magnification means such as, for example, a cylindrical dispersion lens for magnifying the vertically passing optical signal.

光スイッチのディストリビュータはさらに、例えば水
平方向の光信号の分散を制限するための円筒収束レンズ
のようなイメージ手段を含んでいる。これによって隣接
した列の干渉を防止し、光電力の損失を減少する。
The distributor of the optical switch further includes imaging means, such as a cylindrical converging lens for limiting the dispersion of the optical signal in the horizontal direction. This prevents interference between adjacent columns and reduces optical power loss.

本発明の光スイッチの他の利点は空間的に分離した情
報を時間的に分離した光情報の直列のビットの流れに変
換して、複数の出力ファイバに送出するための光情報に
送出するために記憶する光出力システムを含むことであ
る。光入力システムと同様に、出力システムはデコーダ
配列から受信された情報の選択された行を記憶する行を
存する出力記憶配列と、出力記憶子配列の行に記憶され
た情報をシフトして時間的に分離した光情報信号の直列
のビット列として出力光ファイバに送出するための複数
の出力シフトレジスタ行を含んでいる。
Another advantage of the optical switch of the present invention is that it converts the spatially separated information into a serial bit stream of temporally separated optical information and sends it to optical information for delivery to a plurality of output fibers. To store the light output system. As with the optical input system, the output system shifts the information stored in the rows of the output memory array by storing the selected row of information received from the decoder array in rows and the information stored in the rows of the output memory array. And a plurality of output shift register rows for sending to the output optical fiber as a serial bit string of the separated optical information signals.

本発明は以下の図面を参照して詳細な説明を読むこと
によって完全に理解されるものである。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will be more fully understood from the following detailed description when read in conjunction with the following drawings.

詳細な説明 第1図には1段のスイッチで自由空間で導波路を用い
ずに光領域で交換を行なう時間、空間分割交換を実行す
るための光スイッチ100を図示している。基本的にはス
イッチは入力システム101、エンコーダ配列102、ディス
トリビュータ103、デコーダ配列104および出力システム
105を含み、これがスイッチ制御回路110の制御下にあ
る。入力システム101はシフトレジスタの行を有する入
力シフトレジスタ131とシフトレジスタの行と面し、シ
フトレジスタの行に関連して対応する位置を持つ記憶素
子132の配列を含んでいる。入力システムは入力光ファ
イバ150(1)−150(N)の各対から受信された相補的
な光情報信号の一対の直列ビット流によって表わされる
時間的に分離された情報を空間的に分離された形式に変
換し、与えられた時間周期の間に空間的に分離された情
報をシフトレジスタの行に記憶する(時間的に分離され
た情報とは、時分割直列データ流のことをいう。システ
ムへの入力は光ファイバの集合であると仮定されるの
で、2つのファイバがシリアルデータ流の各々に必要と
なる。ファイバの各ペアは単一の時分割多重差分データ
流を搬送し、論理“1"に対してはファイバ#1は光パワ
ーを有しておりファイバ#2は光パワーを有さず、また
論理“0"に対してはファイバ#1が光パワーを有さずに
ファイバ#2が光パワーを有している。このようにし
て、各ファイバはその関連するファイバに2値相補正信
号を搬送する。)この時間周期は複数のタイムスロット
を含む時間フレームと呼ばれる。各タイムスロットの情
報あるいはデータは典型的には通信チャネルからのデー
タのサンプルを含んでいる。相補的光情報信号の各ビッ
ト対は2進情報の単一のビットを表わす。情報はデータ
の各タイムスロットが単一のシフトレジスタの行に記憶
されるようにシフトレジスタに入れられる。各時間フレ
ームの終りで、シフトレジスタの行の中のすべての空間
的に分離された情報は転送されて、入力記憶配列の対応
する行に記憶されて、次の時間フレームの間でエンコー
ダ選択するように動作し、この間にシフトレジスタユニ
ットには他の時間フレームの情報が与えられる。
DETAILED DESCRIPTION FIG. 1 shows an optical switch 100 for performing space-division exchange in a single-stage switch for performing exchange in the optical domain without using a waveguide in free space. Basically, the switch consists of an input system 101, an encoder array 102, a distributor 103, a decoder array 104 and an output system.
105, which is under the control of the switch control circuit 110. The input system 101 includes an input shift register 131 having a row of shift registers and an array of storage elements 132 facing the row of shift registers and having a corresponding position relative to the row of shift registers. The input system spatially separates the temporally separated information represented by a pair of serial bit streams of complementary optical information signals received from each pair of input optical fibers 150 (1) -150 (N). And store the spatially separated information in a row of the shift register during a given time period (temporally separated information refers to a time division serial data stream. Since the input to the system is assumed to be a collection of optical fibers, two fibers are required for each of the serial data streams, each pair of fibers carrying a single time-division multiplexed differential data stream and a logical For "1", fiber # 1 has optical power and fiber # 2 has no optical power, and for logical "0", fiber # 1 has no optical power. # 2 has optical power. Thus, each fiber carries a binary phase correction signal to its associated fiber.) This time period is called a time frame containing a plurality of time slots. The information or data in each time slot typically includes a sample of data from the communication channel. Each bit pair of the complementary optical information signal represents a single bit of binary information. Information is entered into the shift register such that each time slot of data is stored in a single shift register row. At the end of each time frame, all spatially separated information in the row of the shift register is transferred and stored in the corresponding row of the input storage array to select the encoder during the next time frame. During this operation, the information of another time frame is given to the shift register unit.

スイッチ制御回路110の制御によって、エンコーダ配
列102は1行ごとに入力記憶配列に記憶された情報を表
わす光信号を選択し、空間的に分離された光情報信号の
内の1行だけが一時にディストリビュータを通して伝搬
するようにする。ディストリビュータ103は光信号の各
対を空間的に分配し、光信号は選択されたエンコーダ行
から放出され、デコーダ配列104の個々の対応する列の
高さを通して行うようにする。この結果として、デコー
ダ配列の各行はエンコーダ配列によって選択された入力
記憶配列の任意の行に記憶された情報にアクセスするよ
うにする。デコーダ配列は入力エンコーダ配列と同一の
列番号を有しており、これは共にスイッチ制御回路110
の制御下にある。デコーダ配列はその行の内のひとつあ
るいはそれ以上を選択し、情報を出力システムに転送し
てそこに記憶する。デコーダ配列がエンコーダ配列と少
なくとも同一の数の行を持っていれば、スイッチは完全
に非閉塞のスイッチとして動作する。
Under the control of the switch control circuit 110, the encoder array 102 selects an optical signal representing the information stored in the input storage array row by row, and only one row of the spatially separated optical information signals at a time. Propagate through the distributor. Distributor 103 spatially distributes each pair of optical signals so that the optical signals are emitted from selected encoder rows and run through the height of each corresponding column of decoder array 104. As a result, each row of the decoder array has access to the information stored in any row of the input storage array selected by the encoder array. The decoder arrangement has the same column numbers as the input encoder arrangement, both of which are in the switch control circuit 110.
Under the control of. The decoder arrangement selects one or more of the rows and transfers the information to an output system for storage there. If the decoder array has at least the same number of rows as the encoder array, the switch operates as a completely non-blocking switch.

入力システム101と同様に、出力システム105は記憶素
子の配列133とシフトレジスタの行を持つ出力シフトレ
ジストユニット129を含んでいる。与えられた時間フレ
ームの間に、エンコーダ配列によって選択された入力記
憶配列の各行の情報はデコーダ配列によって選択された
出力記憶配列の行に空間的にスイッチされる。これによ
って、入力記憶配列の任意の行の情報は出力記憶配列の
行のひとつあるいはそれ以上に選択的に転送される。時
間フレームの終りで、出力記憶配列のすべての空間的に
分離された情報は出力シフトレジスタユニットに転送さ
れて記憶されて時間的に分離された情報に変換される。
空間的に分離されたフォーマットの情報は再び相補的光
情報信号の対として表わされ、複数の光出力ファイバ対
160(1)〜160(N)の1対にシフトされる。この結果
として、光スイッチ100は任意の入力ファイバ対からの
情報を任意の出力ファイバ対にスイッチし、さらに入力
ファイバ対のデータのタイムスロットのような直列情報
を時間フレームの任意の他のタイムスロットにスイッチ
することによって時分割交換を実行する。さらに、光ス
イッチは同時に1本の入力ファイバ対から与えられた時
間フレームの任意のタイムスロットの情報を任意のひと
つあるいはそれ以上の出力ファイバ対の同一のタイムス
ロットにスイッチすることによって同時に時分割と空間
分割の交換を実行する。
Like the input system 101, the output system 105 includes an output shift register unit 129 with an array of storage elements 133 and a row of shift registers. During a given time frame, the information in each row of the input storage array selected by the encoder array is spatially switched to the row of the output storage array selected by the decoder array. This allows information in any row of the input storage array to be selectively transferred to one or more of the rows of the output storage array. At the end of the time frame, all the spatially separated information in the output storage array is transferred to an output shift register unit where it is stored and converted into time separated information.
The information in the spatially separated format is again represented as a pair of complementary optical information signals, and a plurality of optical output fiber pairs.
160 (1) to 160 (N). As a result, the optical switch 100 switches information from any input fiber pair to any output fiber pair and further converts serial information, such as the data slot of the input fiber pair, to any other time slot of the time frame. To perform a time division exchange by switching to In addition, the optical switch simultaneously time-divisions and simultaneously switches information of any time slot of a given time frame from one input fiber pair to the same time slot of any one or more output fiber pairs. Perform a space division exchange.

第2図には入力システム101の詳細図を示す。入力シ
ステムは光入力インタフェース装置106、シフトレジス
タ列131R1−131RPを持つ光入力シフトレジスタ装置13
1、中間インタフェース装置135および入力記憶素子配列
132を含んでいる。入力シフトレジスタ装置131は光入力
インタフェース装置106を経由して入力光ファイバ150
(1)−150(N)の各対から受信された相補的光情報
信号の直列ビットの対によって表わされる時間的に分離
した情報を受信する。
FIG. 2 shows a detailed view of the input system 101. The input system is an optical input interface device 106, an optical input shift register device 13 having shift register columns 131R1-131RP.
1.Intermediate interface device 135 and input storage element array
Contains 132. The input shift register device 131 is connected to the input optical fiber 150 via the optical input interface device 106.
(1) Receive temporally separated information represented by serial bit pairs of complementary optical information signals received from each pair of -150 (N).

第2図に図示し、第12図により詳細に図示するよう
に、入力シフトレジスタ131は行144R1−144RPおよび列1
44C1−144C8として割当てられた光記憶素子144と、ホロ
グラム139の対応する配列および入力シフトレジスタ131
R1−131RPを形成するその間に位置するイメージングシ
ステム138を含んでいる。各々のビット位置にマスタと
スレーブの記憶装置を有する電気的シフトレジスタと同
様に、各々のシフトレジスタの行131R1−131RPは各ビッ
ト位置にマスタとスレーブの光学的な記憶素子を有して
いる。各々のシフトレジスタの行が8ビットの情報を記
憶してシフトすると仮定すれば、各々のシフトレジスタ
の行は16個の光記憶素子を含み、これらがホログラム配
列139の16個の対応して設けられたホログラムによって
光学的に相互接続されている。
As shown in FIG. 2 and shown in more detail in FIG. 12, input shift register 131 has rows 144R1-144RP and columns 1
Optical storage elements 144 assigned as 44C1-144C8, and corresponding arrays of holograms 139 and input shift registers 131
Includes an imaging system 138 located therebetween forming R1-131RP. Similar to an electrical shift register having master and slave storage at each bit position, rows 131R1-131RP of each shift register have master and slave optical storage elements at each bit position. Assuming that each shift register row stores and shifts eight bits of information, each shift register row includes 16 optical storage elements, which are provided in 16 correspondingly arranged hologram arrays 139. Optically interconnected by the provided hologram.

第12図に示すように、シフトレジスタ134R1はマスタ
およびスレーブの光記憶素子対144(R1、C1)M,S−139
(R1,C8)M,Sを含んでいる。ホログラム配列の行139R1
は100%以下の回折効率を有する同様の反射形ホログラ
ム対139(R1,C1)M,S−139(R1,C8)M,Sからなり、それ
ぞれ光記憶素子144(R1,C1)MS−144(R1,C8)M,Sと相
対して置かれている。入力記憶配列の行132R1は光記憶
素子132(R1,C1)−132(R1,C8)Mに相対するように置
かれている。
As shown in FIG. 12, the shift register 134R1 comprises a master and slave optical storage element pair 144 (R1, C1) M, S-139.
(R1, C8) Contains M and S. Row 139R1 of hologram array
Consists of similar reflection-type hologram pairs 139 (R1, C1) M, S-139 (R1, C8) M, S having a diffraction efficiency of 100% or less, and the optical storage elements 144 (R1, C1) MS-144, respectively. (R1, C8) M and S are placed relative to each other. Row 132R1 of the input storage array is located opposite optical storage elements 132 (R1, C1) -132 (R1, C8) M.

第2図に示しているように各々の入力ファイバ対は複
数の入力シフトレジスタの行と一義的に関連している。
例えば、入力ファイバ対150(1)は入力シフトレジス
タの行131R1−131R3に関連している。この構成によっ
て、直列に伝送されて与えられた入力ファイバ対で受信
された相補的な光情報ビット信号対のタイムスロットに
よって表わされるここのデータのタイムスロットが、入
力ファイバ対に関連した個々のシフトレジスタ行に記憶
されることになる。個々の入力ファイバ対に関連した行
の数は受信された光信号のデータ速度と、入力記憶配列
132の各行をスイッチの残りの部分にどの程度の頻度で
分配しなければならないかによって決まる。
As shown in FIG. 2, each input fiber pair is uniquely associated with a plurality of input shift register rows.
For example, input fiber pair 150 (1) is associated with input shift register rows 131R1-131R3. With this arrangement, the time slots of the data, represented by the time slots of the complementary optical information bit signal pairs received serially and received on a given input fiber pair, are shifted by individual shifts associated with the input fiber pairs. Will be stored in the register row. The number of rows associated with each input fiber pair depends on the data rate of the received optical signal and the input storage array.
It depends on how often each of the 132 rows must be distributed to the rest of the switch.

光入力インタフェース装置106は光学的に透明なスペ
ーサ材107と、入力ファイバ対から受信された光情報信
号対を記憶素子に与えるための複数の伝送ホログラム10
8と、入力シフトレジスタ装置131の記憶素子の各々にク
ロック同期のとれたタイミング制御信号のような光電力
信号を与えるビームスプリッタ109とを含んでいる。周
知のセメテクスサイトモド変調器のような空間光変調器
140がスイッチ制御回路110の制御下に光源(図示せず)
からの光バイアスアビーム151に応答してクロックのと
れた光タイミング信号163−165を放出する。バス170を
経由してスイッチされた制御回路110からの制御信号を
受信して、変調器は第13図に示すようにタイミング信号
163−165を放出し、与えられた光ファイバから選択され
た入力シフトレジスタ行に対して情報を格納し、シフト
し、転送する。
The optical input interface device 106 includes an optically transparent spacer material 107 and a plurality of transmission holograms 10 for providing a pair of optical information signals received from an input fiber pair to a storage element.
8 and a beam splitter 109 for providing an optical power signal, such as a clock synchronized timing control signal, to each of the storage elements of the input shift register device 131. Spatial light modulator such as the well-known Semetex Cytomod modulator
140 is a light source (not shown) under the control of the switch control circuit 110
Emits clocked optical timing signals 163-165 in response to the optical bias beam 151 from Upon receiving a control signal from the control circuit 110 switched via the bus 170, the modulator controls the timing signal as shown in FIG.
Emit 163-165 to store, shift, and transfer information to a selected input shift register row from a given optical fiber.

伝送ホログラム108のホログラムフリンジパターンの
対108(1)−108(N)はそれぞれの入力ファイバ対15
0(1)−150(N)の各々からの直列光情報信号対を分
割して方向を変えて入力ファイバに一義的に関連した行
に与える。特定の入力ファイバに関連した行の各々は同
時に光情報信号対を受信するから、与えられたタイムス
ロットの間にはそのファイバに関連した入力シフトレジ
スタの行の内のひとつだけが動作して光情報信号対によ
って表わされる情報を受信して記憶する。ホログラム対
は周知の方法で形成されていて与えられた入力ファイバ
対からの光信号を分割して方向を変えて、各々の記憶素
子の行の終りで、列144C1の光記憶素子に行くようにす
る。入力ファイバの各々は周知の方法でスペーサ107に
固定されている。スペーサ材料107の厚さは入力ファイ
バ対からの光情報信号が、入力ファイバ対に関連したホ
ログラムのフリンジパターンの対の全体を照らすのに充
分なように分散することができる長さに選択されてい
る。第1図に示すように、それに入力ファイバ対150
(1)−150(N)が含まれる光入力キャリヤ設備180は
バス166を通してスイッチ制御回路110に周知のタイミン
グと同期信号を与える。
The hologram fringe pattern pairs 108 (1) -108 (N) of the transmission hologram 108 are the respective input fiber pairs 15
The serial optical information signal pair from each of the 0 (1) -150 (N) is split and redirected to a row uniquely associated with the input fiber. Because each of the rows associated with a particular input fiber receives an optical information signal pair simultaneously, during a given time slot only one of the rows of the input shift register associated with that fiber will be active Receive and store information represented by the information signal pair. The hologram pairs are formed in a known manner and split the optical signal from a given input fiber pair and change direction so that at the end of each storage element row, it goes to the optical storage element in column 144C1. I do. Each of the input fibers is fixed to the spacer 107 in a known manner. The thickness of the spacer material 107 is selected to be long enough that the optical information signal from the input fiber pair can be dispersed enough to illuminate the entire fringe pattern pair of the hologram associated with the input fiber pair. I have. As shown in FIG.
The optical input carrier facility 180 containing (1) -150 (N) provides a known timing and synchronization signal to the switch control circuit 110 via the bus 166.

周知の偏波型のビームスプリッタ109を使えば、光情
報信号を入力ファイバ対150(1)−150(N)からわず
かの損失で列144C1のシフトレジスタ記憶素子に与える
ことができる。ビームスプリッタはまたクロック用の光
タイミング信号163−165のような光信号を入力レジスタ
装置131の記憶素子各々に向けることができる。記憶素
子として144で使用される光素子のタイプに従って光タ
イミング制御信号163−165は均一な電界分布を有するコ
ヒーレントあるいはインコヒーレントな光であり、これ
が配列131の素子の各々に与えられる。
With the well-known polarization type beam splitter 109, an optical information signal can be provided from the input fiber pair 150 (1) -150 (N) to the shift register storage elements in column 144C1 with little loss. The beam splitter can also direct optical signals, such as optical timing signals 163-165 for the clock, to each of the storage elements of the input register device 131. The optical timing control signals 163-165 are coherent or incoherent light having a uniform electric field distribution, depending on the type of optical element used at 144 as a storage element, which is provided to each of the elements of the array 131.

シフトレジスタ装置131の光記憶素子の各々は、入力
光ファイバ対150(1)−150(N)のひとつに受信され
る相補的光情報信号によって表わされる2進情報のビッ
トを記憶する。単一入力、単一出力の光記憶素子として
使用するのに適した光素子は米国特許第4,546,244で述
べられた自己電気−光効果素子である。これらの素子は
光によって相互接続されてシフトレジスタを形成し、直
列に受信された光情報のビットを記憶配列の行として格
納する。自己電気光効果デバイス(SEED)はH.S.ヒント
ンの米国特許第4,764,890号およびH.S.ヒントンとD.A.
B.ミラーの米国特許第4,764,889号に述べられているよ
うに相互接続されて光によって制御される。これらの特
許では光シフトレジスタを光によって相互接続し、入力
シフトレジスタ装置131として使用する光シフトレジス
タを形成する方法を述べている。
Each of the optical storage elements of the shift register device 131 stores a bit of binary information represented by a complementary optical information signal received on one of the input optical fiber pairs 150 (1) -150 (N). An optical device suitable for use as a single-input, single-output optical storage device is the self-electro-optic device described in U.S. Pat. No. 4,546,244. These elements are interconnected by light to form a shift register and store bits of serially received optical information as rows of a storage array. Self-Electro-Optical Device (SEED) is available from HS Hinton US Pat. No. 4,764,890 and HS Hinton and DA
Interconnected and controlled by light as described in B. Miller U.S. Pat. No. 4,764,889. These patents describe a method of interconnecting optical shift registers by light to form an optical shift register for use as input shift register device 131.

入力シフトレジスタ装置131として使用するのに適当
なデバイスはH.S.ヒントン、A.L.レンティンおよびD.A.
B.ミラーの米国特許第4,715,378号と4,754,132号に述べ
られている。これらの文献では二つの相補的で対称な光
信号を、それに入射する二つの光信号の比が予め定めら
れてスレショルドを越えたときにこれらのデバイスに記
憶するような自己電気−光効果デバイスについて述べて
いる。それに記憶された情報は、デバイスの二つの量子
井戸に同時に光信号電力を与えることによって読み出さ
れる。このときそこに記憶された情報を表わすデバイス
から二つの相補的で対称な光出力信号が放出される。他
の周知の光デバイスを使用して2進光信号によって表わ
される情報を記憶してもよい。
Suitable devices for use as input shift register device 131 are HS Hinton, AL Lentin and DA
B. Miller is described in U.S. Patent Nos. 4,715,378 and 4,754,132. These documents describe a self-electro-optical effect device in which two complementary, symmetric optical signals are stored in these devices when the ratio of the two optical signals incident thereon exceeds a predetermined threshold. Says. The information stored therein is read by applying optical signal power to the two quantum wells of the device simultaneously. At this time, two complementary and symmetric optical output signals are emitted from the device representing the information stored therein. Other known optical devices may be used to store the information represented by the binary optical signal.

与えられたタイムスロットの間に、入力ホログラム対
108(1)−108(N)の各々はシフトレジスタ装置の列
131C1への入力ファイバのそれぞれの対からの直列の光
情報信号の相補的対を与えて、これは次に1時に1ビッ
トずつそのタイムスロットの2進報が受信されたときに
選択されたシフトレジスタ行にシフトされる。このあと
で、そのファイバ対に関連した他のシフトレジスタの行
に次のタイムスロットのデータが格納される。ひとつの
タイムスロットのデータはすべての行に格納が行なわれ
るまで各ファイバ対に関連した行に記憶され、与えられ
た時間フレームに関連する情報のタイムスロット空間的
に分離されることになる。各入力ファイバ対に関連する
行の数は時間フレーム当りの情報用タイムスロットの数
によって決まる。
During a given time slot, the input hologram pair
Each of 108 (1) -108 (N) is a row of shift register devices.
Providing a complementary pair of serial optical information signals from each pair of input fibers to the 131C1, which then shift one bit at a time and select the shift when the binary for that time slot is received. Shifted to register row. Thereafter, the data of the next time slot is stored in the row of another shift register associated with the fiber pair. The data of one time slot is stored in the row associated with each fiber pair until all rows have been stored, and the time slot spatial information of the information associated with a given time frame will be separated. The number of rows associated with each input fiber pair is determined by the number of information time slots per time frame.

第13図は入力ファイバ対150(N)上の理想化された
光情報信号1301と光システム101に与えられる理想化さ
れた光タイミング制御信号162−165の時間tに関するタ
イミング図を図示している。時間フレームFのデータ13
02の最後のタイムスロットだけをデータあるいは情報と
呼んでおり、時間フレーム(F+1)の最初のデータワ
ードの一部だけを示している。光情報信号対1301のデー
タの各ワードは8ビットの情報B1−B8を含んでいる。
FIG. 13 illustrates a timing diagram for the time t of the idealized optical information signal 1301 on the input fiber pair 150 (N) and the idealized optical timing control signal 162-165 provided to the optical system 101. . Time frame F data 13
Only the last time slot of 02 is referred to as data or information, and shows only a portion of the first data word of time frame (F + 1). Each word of the data of the optical information signal pair 1301 includes 8-bit information B1-B8.

第13図においては、入力タイミング制御信号162−165
はタイミングバス166上の入力参照クロック信号と参照
・同期され、この信号が入来情報ビットの境界に関する
情報を与えるようになっている。この参照クロック信号
に応動して、スイッチ制御回路110は周知の方法で光タ
イミング制御信号の変化を制御する。説明のために、各
時間フレームには3タイムスロットすなわちワードがあ
るものと仮定する。入力ファイバ150(N)に順次に到
来する8ビットB1−B8のデータワードは入力シフトレジ
スタ装置131の最後の行131PRにシフトされて記憶され
る。
In FIG. 13, the input timing control signals 162-165
Is referenced and synchronized with an input reference clock signal on timing bus 166, which provides information about the boundaries of incoming information bits. In response to the reference clock signal, the switch control circuit 110 controls the change of the optical timing control signal in a known manner. For purposes of explanation, assume that each time frame has three time slots or words. The 8-bit B1-B8 data word arriving sequentially on the input fiber 150 (N) is shifted and stored in the last row 131PR of the input shift register device 131.

時間フレームFの最後のワード1302を最後の入力シフ
トレジスタの行131RPにシフトするために、電気的に制
御された空間光変調器140が、第13図に示されるように
時刻tに関して光タイミング制御信号163−165を発す
る。空間変調器140は光タイミング制御信号163と164を
交互に入力ファイバ対に関連した各々の複数の行の第3
の行に交互に印加する。光タイミング信号165はこのタ
イムスロット期間に信号を与えるように選択されていな
かった入力シフトレジスタ装置131のすべての行につい
て高レベルを保つ。光タイミング信号163と164は、最後
のシフトレジスタ行131RPについて交互に高(1)およ
び低(0)の電力レベルでパルスを与える。光タイミン
グ信号163は行131PRでマスタフリップフロップ記憶素子
に向けられ、一方光タイミング信号164は行131PRでスレ
ーブフリップフロップ記憶素子に向けられる。
In order to shift the last word 1302 of time frame F to the last input shift register row 131RP, the electrically controlled spatial light modulator 140 uses optical timing control with respect to time t as shown in FIG. Emit signals 163-165. Spatial modulator 140 alternately applies optical timing control signals 163 and 164 to the third of each plurality of rows associated with the input fiber pair.
Are alternately applied to the rows. Optical timing signal 165 remains high for all rows of input shift register device 131 that were not selected to provide a signal during this time slot. Optical timing signals 163 and 164 pulse at alternating high (1) and low (0) power levels for the last shift register row 131RP. Optical timing signal 163 is directed to the master flip-flop storage element at row 131PR, while optical timing signal 164 is directed to the slave flip-flop storage element at row 131PR.

時刻toにおいて、第1ビットB1を表わす光信号1301の
前縁が入力ファイバ150(N)で安定化して、入力シフ
トレジスタ記憶配列144の最後の3行の列144C1のマスタ
フリップフロップ記憶素子の各々に、ホログラム108
(N)によって分散されたときに、行144RPのすべての
マスタフリップフロップ記憶素子に入射したタイミング
制御信号163は高電力レベル(1)から低電力レベル
(0)に変化し、これによって、データが最後のシフト
レジスタ行131RPの第1のマスタフリップフロップ記憶
素子144(PR,C1)Mに記憶されるようにする。同様に、
空間光変調器140は他の入力ファイバ対の各々に関連し
た選択された入力シフトレジスタ行に対してタイミング
制御信号163および164を与える。
At time to, the leading edge of the optical signal 1301 representing the first bit B1 is stabilized by the input fiber 150 (N), and each of the master flip-flop storage elements in the last three rows of column 144C1 of the input shift register storage array 144 Hologram 108
When distributed by (N), the timing control signal 163 incident on all master flip-flop storage elements in row 144RP changes from a high power level (1) to a low power level (0), thereby causing data to be lost. The data is stored in the first master flip-flop storage element 144 (PR, C1) M of the last shift register row 131RP. Similarly,
Spatial light modulator 140 provides timing control signals 163 and 164 to selected input shift register rows associated with each of the other input fiber pairs.

第1のマスタフリップフロップ記憶素子144(PR,C1)
MにデータB1が記憶されたあと、時刻t1でマスタフリッ
プフロップ記憶素子に入射するタイミング制御信号163
は、高電力レベル(1)に変化し、同一の行のスレーブ
フリップフロップ記憶素子に入射するタイミング信号16
4は高電力レベル(1)から低レベルに変化する。第1
のフリップフロップに記憶素子を含むマスタフリップフ
ロップに光電力レベル対の光信号が入射しているとき、
各々に記憶されたデータは1対の相補光情報信号の大た
いとしてホログラム行139RPに伝播して出てゆき、ホロ
グラム行はこの信号の方向を変えて行144RPの隣接した
スレーブフリップフロップ素子に与える。最後の行144R
Pのスレーブフリップフロップ素子ではタイミング制御
信号164は低電力レベルにあるから、マスタフリップフ
ロップ素子からの相補的情報信号対によって表わされる
各々の情報は隣接したスレーブフリップフロップ素子に
記憶される。行139RPのホログラムによって送信された
各々の光情報信号対の部分は入力記憶配列132には影響
を与えない。これは入力シフトレジスタの行を通して入
力データをシフトしている間は全体の入力記憶配列に入
射しているタイミング制御信号が高レベルにあるからで
ある。この結果としてデータビットB1は第1のマスタフ
リップフロップ記憶素子144(RP,C1)Mから第1のスレ
ーブフリップフロップ記憶素子144(PR,C1)Sにシフト
される。
First master flip-flop storage element 144 (PR, C1)
After the data B1 is stored in M, the timing control signal 163 that enters the master flip-flop storage element at time t1
Changes to a high power level (1) and is applied to the slave flip-flop storage elements in the same row.
4 changes from a high power level (1) to a low level. First
When the optical signal of the optical power level pair is incident on the master flip-flop including the storage element in the flip-flop of
The data stored in each of them propagates out of the hologram row 139RP as a pair of complementary optical information signals, and the hologram row changes the direction of this signal and supplies it to the adjacent slave flip-flop element in row 144RP. . Last row 144R
Since the timing control signal 164 is at a low power level in the P slave flip-flop element, each piece of information represented by the complementary information signal pair from the master flip-flop element is stored in an adjacent slave flip-flop element. The portion of each optical information signal pair transmitted by the hologram in row 139RP has no effect on the input storage array 132. This is because while shifting input data through the rows of the input shift register, the timing control signal incident on the entire input storage array is at a high level. As a result, the data bit B1 is shifted from the first master flip-flop storage element 144 (RP, C1) M to the first slave flip-flop storage element 144 (PR, C1) S.

時刻t2において、スレーブ素子に入射するタイミング
制御信号164が高レベルに変化し、相補的情報信号対130
1が時刻t2とt3の間でデータビットB2を表わす相補信号
レベルをとるようになる。
At time t2, the timing control signal 164 incident on the slave element changes to a high level, and the complementary information signal pair 130
1 takes a complementary signal level representing the data bit B2 between times t2 and t3.

時刻t3で入力ファイバ対150(N)に現われる入来ビ
ットB2が安定状態になったときに、制御信号163−165は
先に述べたように変化し、この結果としてデータビット
B2とB1はそれぞれ連続したスレーブフリップフロップ素
子144(RP,C1)と144(RP,C2)に記憶されることにな
る。光制御信号163および164のこのシーケンスはビット
B1−B7が行144RPの連続したスレーブフリップフロップ
素子に記憶されてしまうまで繰返される。
At time t3, when the incoming bit B2, which appears on the input fiber pair 150 (N), becomes stable, the control signal 163-165 changes as described above, resulting in the data bit
B2 and B1 are stored in the continuous slave flip-flop elements 144 (RP, C1) and 144 (RP, C2), respectively. This sequence of light control signals 163 and 164
This is repeated until B1-B7 has been stored in successive slave flip-flop elements in row 144RP.

時刻t5で入力ファイバ対150(N)上のビットB8を表
わす情報信号対1301が安定になり、ホログラム108
(N)によって記憶素子144(PR,C1)Mに向けられたと
き、タイミング制御信号163は再び行144RP上のマスタフ
リップフロップ素子で低レベルに変化し、これによって
ビットB8をマスタフリップフロップ記憶素子144(RP,C
1)Mに記憶するように付勢する。これと同時に情報ビ
ットB1−B7は光情報信号対を経由してスレーブフリップ
フロップ素子から次に続くマスタフリップフロップ素子
に伝播する。時刻t6において、タイミング制御信号163
は高電力レベルに戻り、これによって記憶行144RPのマ
スタフリップフロップ素子にビットB1−B8が記憶される
ことになる。これがフレームFの最後のワード、すなわ
ちタイムスロットであるから、第1図および第2図に示
したクロック光源143は時刻t6で、入力記憶素子の配列
のすべてのフリップフロップで低電力レベルをとり、一
方タイミング制御信号163−165は高電力レベルをとるよ
うにタイミング制御信号162を動作する。これによっ
て、8ビットのデータワードはすべて配列144のマスタ
フリップフロップの記憶素子から、その各々が光の1部
を反射し光情報信号対の残りの部分を伝送するホログラ
ム配列を通して、入力記憶配列132に並列に転送され
る。この並列のデータ転送の間タイミング制御信号163
−165が高電力レベルになるので、反射された光はフリ
ップフロップ記憶素子要素配列144に記憶されたデータ
に影響を与えることはない。このデータの並列転送は時
刻t7で完了し、このとき、信号162は高電力レベルに戻
る。時刻t8で時間フレームFが終了し、時間フレーム
(F+1)が開始される。時刻t6の前には、先の時間フ
レーム(F−1)の間に入力記憶素子配列に記憶されて
いたすべてのPデータワードはエンコーダ配列102とデ
ィストリビュータ103を経由してデコーダ配列104に与え
られていることになる。
At time t5, the information signal pair 1301 representing the bit B8 on the input fiber pair 150 (N) becomes stable, and the hologram 108
When directed to storage element 144 (PR, C1) M by (N), timing control signal 163 again changes low at the master flip-flop element on row 144RP, thereby causing bit B8 to change to master flip-flop storage element. 144 (RP, C
1) Energize to memorize in M. At the same time, the information bits B1-B7 propagate from the slave flip-flop element to the next succeeding master flip-flop element via the optical information signal pair. At time t6, the timing control signal 163
Returns to the high power level, which causes bits B1-B8 to be stored in the master flip-flop element of storage row 144RP. Since this is the last word of frame F, ie, the time slot, the clock light source 143 shown in FIGS. 1 and 2 assumes a low power level at time t6 in all the flip-flops of the array of input storage elements, On the other hand, the timing control signals 163-165 operate the timing control signal 162 so as to take a high power level. This causes all 8-bit data words to be input from the storage elements of the master flip-flop in array 144 through a hologram array, each of which reflects a portion of the light and transmits the remaining portion of the optical information signal pair, to input storage array 132. Are transferred in parallel. The timing control signal 163 during this parallel data transfer
The reflected light does not affect the data stored in flip-flop storage element array 144 because -165 is at a high power level. This parallel transfer of data is completed at time t7, when signal 162 returns to the high power level. At time t8, time frame F ends and time frame (F + 1) starts. Prior to time t6, all P data words stored in the input storage element array during the previous time frame (F-1) are provided to the decoder array 104 via the encoder array 102 and the distributor 103. Will be.

インタフェースユニット135は周知の光イメージング
システム136とビームスプリッタ137であり、これは周知
の偏波形である。イメージングシステム136は個々にホ
ログラム配列139の各ホログラムから送出された光信号
対を入力記憶配列132の対応する記憶素子上に焦点を結
ぶ。光情報信号は最小の電力損失でビームスプリッタ13
7を通して伝播する。さらに、ビームスプリッタ137はク
ロック光源143からのクロックされた光タイミング制御
信号162を入力記憶配列132の素子に向ける。スイッチ制
御スイッチ110が制御バス175を通してクロックされた光
源143を制御する。
The interface unit 135 is a known optical imaging system 136 and a beam splitter 137, which is a known polarized waveform. The imaging system 136 individually focuses the optical signal pairs emitted from each hologram of the hologram array 139 onto corresponding storage elements of the input storage array 132. Optical information signals are transmitted through the beam splitter 13 with minimal power loss.
Propagate through 7. Further, beam splitter 137 directs clocked optical timing control signal 162 from clock light source 143 to elements of input storage array 132. Switch control switch 110 controls clocked light source 143 through control bus 175.

第1図に図示されるように、光情報信号対192(P,M)
は入力記憶配列132から光エンコーダインタフェース装
置111を通してエンコーダ配列102に伝播する。エンコー
ダインタフェース111は光イメージングシステム112とビ
ームスプリッタ113を含んでいる。イメージングシステ
ム136と同様に、周知のイメージングシステム112は入力
記憶配列132の各々の記憶素子対からの光信号対を、ビ
ームスプリッタ113を経由してエンコーダ配列102の対応
する素子対に焦点をあてて与える。偏波形のビームスプ
リッタ113はまたクロック付きのコヒーレント光源114か
らのクロックされた光バイアスビーム153を非無定形の
ビーム形成システム115を通して周知の方法でエンコー
ダ配列に与える。スイッチ制御回路110は制御バス168を
通してクロック付きの光源114を制御する。クロック制
御されたコヒーレントな光バイアスビーム152は周知の
光源114から放出され非無定形のビーム形成システム115
に与えられる。ビーム形成システムはバイアスビーム15
2の均一な大きさを一方向にガウス分布を持ちそれに直
交した方向に均一な分布を持つ光バイアスビーム153に
成形する。ビームスプリッタ113はバイアスビームの方
向を変えて、ガウス分布がエンコーダ配列102の各列の
全体の高さに沿って中心を持つようにする。バイアスビ
イーム153の均一な大きさはエンコーダ配列の行にわた
って分散する。
As shown in FIG. 1, the optical information signal pair 192 (P, M)
Propagates from the input storage array 132 through the optical encoder interface device 111 to the encoder array 102. The encoder interface 111 includes an optical imaging system 112 and a beam splitter 113. Similar to imaging system 136, known imaging system 112 focuses light signal pairs from each storage element pair of input storage array 132 via beam splitter 113 on corresponding element pairs of encoder array 102. give. The polarized beam splitter 113 also provides a clocked optical bias beam 153 from a clocked coherent light source 114 to the encoder array in a known manner through a non-amorphous beamforming system 115. The switch control circuit 110 controls the clocked light source 114 through the control bus 168. A clocked coherent optical bias beam 152 is emitted from a known light source 114 and is an amorphous beamforming system 115.
Given to. Beam forming system is bias beam 15
An optical bias beam 153 having a uniform size of 2 and having a Gaussian distribution in one direction and a uniform distribution in a direction orthogonal thereto is formed. Beam splitter 113 changes the direction of the bias beam so that the Gaussian distribution is centered along the overall height of each row of encoder array 102. The uniform size of the bias beam 153 is distributed across the rows of the encoder array.

第3図には、第1の方向にガウス分布を持ち、第1の
方向とは直交した方向に均一な大きさを有する光バイア
スビーム153の大きさを図示している。エンコーダ配列1
02の各列にガウス分布を持つ光バイアスビームを印加す
ることによって、デコーダ配列104と出力システム105に
よって受信される光信号の信号対雑音比(SNR)が改善
される。デコーダ配列104上で空間的に分布される光の
信号対雑音比を変化するために、エンコーダ配列102に
対して他の分布を持つバイアスビームを与えてもよい。
FIG. 3 illustrates the size of the optical bias beam 153 having a Gaussian distribution in the first direction and having a uniform size in a direction orthogonal to the first direction. Encoder array 1
By applying an optical bias beam having a Gaussian distribution to each column of 02, the signal-to-noise ratio (SNR) of the optical signal received by the decoder array 104 and the output system 105 is improved. To vary the signal-to-noise ratio of the light spatially distributed on the decoder array 104, the encoder array 102 may be provided with a bias beam having another distribution.

エンコーダ配列102は行ごとに入力記憶配列132に記憶
された情報を変調する空間的光変調器である。スイッチ
制御回路110は制御バス172を使用して、周知の方法でエ
ンコーダ配列の行を走査し、その1行だけを付勢して任
意の与えられた行サイクルの周期の間に入力記憶配列か
らの情報を記憶する。エンコーダ配列の行は各々の行サ
イクル時間の間に、入力記憶配列132から光情報信号192
(P,M)を受信するが、スイッチ制御回路110によってエ
ンコーダの1行だけが情報を記憶し、次にコヒーレント
光情報信号対を放出してデストリビュータシステム103
に与える。
Encoder array 102 is a spatial light modulator that modulates information stored in input storage array 132 on a row-by-row basis. Switch control circuit 110 uses control bus 172 to scan a row of the encoder array in a known manner, energizing only one of the rows from the input storage array during any given row cycle period. Is stored. The rows of the encoder array are adapted to provide the optical information signals 192 from the input storage array 132 during each row cycle time.
(P, M), but only one row of the encoder stores information by switch control circuit 110 and then emits a coherent optical information signal pair to provide distributor system 103
Give to.

第1図に部分的に図示し、第5図により詳しく図示し
たように、エンコーダ配列102の有利な実施例は列102
(C1)−102(C8)と行102(R1)−102(RP)に配列さ
れた複数個の3状態光記憶素子を含んでいる。エンコー
ダ配列中の3状態の光記憶素子として使用するのに適し
た光デバイスは第4図に図示されており、これは米国特
許第4,754,132に記述された電気−光効果デバイスを変
形したものとなっている。
As shown partially in FIG. 1 and more particularly in FIG. 5, a preferred embodiment of the encoder arrangement 102 is
(C1) -102 (C8) and a plurality of three-state optical storage elements arranged in rows 102 (R1) -102 (RP). An optical device suitable for use as a three-state optical storage element in an encoder array is illustrated in FIG. 4, which is a modification of the electro-optical effect device described in U.S. Pat. No. 4,754,132. ing.

第4図に示されているのは、イントリンニック(i)
領域にそれぞれの半導体量子井戸領域403と404を有する
光検出器401、402を有する3状態の対称自己電気−光効
果デバイス400である。このデバイスはさらに光検出器4
01と402および電圧源405が直列に接続されたトランジス
タのような導通および非導通状態スイッチ406を含んで
いる。これが付勢されたときに、このデバイスは端子
およびQからそれぞれの光検出器401および402に同時に
入射する光バイアスビーム153に応動して対称で相補的
な高および低の電力レベルを有する相補的な光情報信号
対193(P,M)を放出する。入力記憶配列132の対応する
対称な光記憶素子対からの相補的光情報信号対192(P,
M)は、制御バス172を経由してスイッチ制御回路110の
制御下にある電子スイッチ406が付勢されて導通状態に
なったときに、参考文献に述べられたようにバイアスの
二つの状態をセット、リセットする。スイッチ406が消
勢されて非導通状態にあるときには、それにバイアスビ
ーム153が入射しているときには各々の光検出器は低電
力レベルの光出力信号対を発生する。デバイス400は光
のS−Rラッチとして動作し、その論理状態の真理値表
は表Aに示す通りである。
FIG. 4 shows the Intrinic (i)
A three-state symmetric self-electro-optical effect device 400 having photodetectors 401, 402 having regions of semiconductor quantum well regions 403 and 404, respectively. This device also has a photo detector 4
01 and 402 and a voltage source 405 include a conducting and non-conducting state switch 406 such as a transistor connected in series. When this is activated, the device will have complementary symmetrical and complementary high and low power levels in response to optical bias beams 153 simultaneously incident on the respective photodetectors 401 and 402 from terminals and Q. The optical information signal pair 193 (P, M) is emitted. Complementary optical information signal pairs 192 (P, P) from corresponding symmetric optical storage element pairs of input storage array 132
M), when the electronic switch 406 under the control of the switch control circuit 110 is energized and becomes conductive via the control bus 172, as described in the reference, switches the two states of the bias. Set and reset. When switch 406 is de-energized and non-conductive, each photodetector produces a low power level optical output signal pair when bias beam 153 is incident thereon. Device 400 operates as an optical SR latch, and the truth table for its logic states is as shown in Table A.

表Aの真理値表は第4図における3状態SEEDデバイス
400の物理的動作を示すものである。特に、デバイス
は、Qおよびと印される2つの光出力信号を生成す
る。トランジスタへの付勢入力が非付勢化(En=“0")
されるときは、Qとの両方の出力は論理“0"でありこ
れは極めてわずかの光パワーがデバイスの2つの光出力
ポートから放射されていることを示す。しかしながら、
トランジスタへの付勢入力が付勢される(En=“1")と
きは、2つの光出力は(その空間位置が、デバイスが入
力SおよびRによって初期設定された仕方に依存する)
明るいビーム(論理“1")と暗いビーム(論理“0")と
から構成される相補出力信号を生成する。
The truth table in Table A is the three-state SEED device in FIG.
It shows 400 physical operations. In particular, the device generates two light output signals, labeled Q and. The energizing input to the transistor is de-energized (En = "0")
When enabled, both outputs with Q are logic "0", indicating that very little optical power is being emitted from the two optical output ports of the device. However,
When the energizing input to the transistor is energized (En = "1"), the two light outputs (its spatial position depends on how the device was initialized by the inputs S and R)
A complementary output signal consisting of a light beam (logic "1") and a dark beam (logic "0") is generated.

このようにしてデバイスは、En“1"のときはいつでも
クリップ−フロップ蓄積素子のように作用し、そしてEn
=“0"のときには(観察し得ない出力を発生する)トラ
イステート(3状態)素子のように作用する。この機能
は、任意の与えられた時間でスイッチへのただ1つの行
のみを付勢せねばならないエンコーダ機能を実施し、他
の行のすべてを強制的に非付勢化するのに有用である。
任意の与えられた時間でのディストリビュータのところ
で付勢化される行はスケジュールアルゴリズムによって
決定される。
In this way, the device acts like a clip-flop storage element whenever En "1" and
When it is "0", it acts like a tri-state (three-state) element (generating an unobservable output). This function is useful for implementing an encoder function in which only one row to the switch must be activated at any given time, and forcing all other rows to be deactivated. .
The row activated at the distributor at any given time is determined by a scheduling algorithm.

各フレームの間で、光タイミング制御信号162は先に
述べたような時間フレームの終りの前の短い時間を除い
て高い電力レベルにある。信号162が高い電力レベルに
ある間は、入力記憶配列132は、エンコーダ配列102に対
して、それに含まれる情報を表わす光出力信号192(P,
M)を各記憶素子から放出する。先に述べたように、ス
イッチ制御回路110は入力記憶配列132の記憶素子の対応
する行からの情報を記憶するために記憶素子の選択され
た行だけを付勢する。エンコーダ配列102の行の記憶配
列132から1行の情報だけを記憶するための他の必要条
件はコヒーレントなバイアスアビーム153が低電力レベ
ルにあって、各々の付勢されたエンコーダ素子が記憶配
列132からの光情報信号に応答できるようになっている
ことである。この結果として、付勢されたエンコーダ行
の各々のビットに記憶された情報を表わす光情報信号対
193(P,M)が、エンコーダ配列の各列の他の要素の各々
からの低電力レベルの光雑音信号と共に放出される。エ
ンコーダの列から放出された各々の光雑音信号の大きさ
は累算してガウス分布を近似する。これはバイアスビー
ム153がガウス分布するからである。エンコーダ配列か
ら放出されたすべての光雑音と情報信号の対はすべてデ
ィストリビュータ103に与えられる。各々の時間フレー
ムの間で、スイッチ制御回路110は、情報信号対がディ
ストリビュータ107を通して通過できるようにするため
に、選択された行サイクル時間に1回各デコーダ行を付
勢する。
During each frame, the optical timing control signal 162 is at a high power level except for a short time before the end of the time frame as described above. While the signal 162 is at the high power level, the input storage array 132 provides the encoder array 102 with an optical output signal 192 (P,
M) is emitted from each storage element. As previously mentioned, switch control circuit 110 activates only selected rows of storage elements to store information from corresponding rows of storage elements of input storage array 132. Another requirement for storing only one row of information from the row storage array 132 of the encoder array 102 is that the coherent bias beam 153 is at a low power level and each energized encoder element is stored in the storage array 132. To respond to optical information signals from This results in an optical information signal pair representing the information stored in each bit of the energized encoder row.
193 (P, M) are emitted along with the low power level optical noise signal from each of the other elements in each column of the encoder array. The magnitude of each optical noise signal emitted from the train of encoders accumulates to approximate a Gaussian distribution. This is because the bias beam 153 has a Gaussian distribution. All optical noise and information signal pairs emitted from the encoder array are provided to distributor 103. During each time frame, switch control circuit 110 activates each decoder row once at a selected row cycle time to allow information signal pairs to pass through distributor 107.

選択されたエンコーダ行のピクセルとも呼ばれる記憶
素子から放出された各光情報信号の各々を光信号ディス
トリビュータ103は空間的に分配して対応するデコーダ
配列104の列に写像する。特にディストリビュータ103は
エンコーダ配列の列の各素子からの光信号の入力電界パ
ターンを空間的に分配して、出力電界パターンの大きさ
が入力電界パターンのフーリエ変換となるように、デコ
ーダ配列の個々の対応する列のすべての要求を照らすよ
うな大きさを持つ出力電界パターンとする。マグローヒ
ル社刊のJ.W.グッドマンの“フーリエオプティックス”
と題する書物の第5頁に示されているように、二つの独
立変数xおよびyの複素関数gのフーリエ変換Fは数学
的に次式で与えられる。
Each of the optical information signals emitted from the storage elements, also referred to as pixels of the selected encoder row, is spatially distributed by the optical signal distributor 103 and mapped to a corresponding column of the decoder array 104. In particular, the distributor 103 spatially distributes the input electric field pattern of the optical signal from each element in the array of the encoder array, so that the magnitude of the output electric field pattern becomes a Fourier transform of the input electric field pattern, so that the individual An output electric field pattern large enough to illuminate all requests in the corresponding column. "Fourier Optics" by JW Goodman, published by McGraw-Hill
, The Fourier transform F of the complex function g of the two independent variables x and y is mathematically given by

ディストリビュータ103は後述するように円筒レンズ
を含んでいるから、必要な積分はy方向についてだけ実
行される。この結果として、フーリエ変換は一方向に帰
着させる。
Since the distributor 103 includes a cylindrical lens as described later, the necessary integration is performed only in the y direction. As a result, the Fourier transform results in one direction.

ここでg(y)=g(x,y)であり、これはxを与え
られた値x1に固定した電界分布のパターンである。
Here is g (y) = g (x , y), which is a pattern of electric field distribution was fixed to the value x 1 of the given x.

光信号がデコーダ配列の列の全体の高さにわたって空
間的に分布しているので、デコーダ配列は、エンコーダ
配列と同様に各行サイクル時間の間にひとつあるいはそ
れ以上の選択された行を付勢し、空間的に分布した光信
号によって表わされる情報を記憶する。次にデコーダ配
列はクロック付きのバイアスビーム154に応動して、そ
れに記憶された情報を表わす各素子から他の信号対194
(P,M)を放出し、出力システム105の出力記憶配列133
の対応する行に対して放出する。一時にはエンコーダ配
列の列の記憶素子の内のひとつだけがディストリビュー
タに対して付勢されるから、ディストリビュータは入力
記憶配列からの任意の行を出力記憶配列の任意の行にブ
ロードキャストすることができる。これを実現するため
に、ディストリビュータは3つの条件を満足しなければ
ならない。
Since the optical signals are spatially distributed over the entire height of the columns of the decoder array, the decoder array activates one or more selected rows during each row cycle time, similar to the encoder array. , Store the information represented by the spatially distributed optical signals. The decoder arrangement is then responsive to a clocked bias beam 154 to generate another signal pair 194 from each element representing the information stored therein.
(P, M) and output storage array 133 of output system 105
For the corresponding row of. At a time, only one of the storage elements in the columns of the encoder array is energized to the distributor so that the distributor can broadcast any row from the input storage array to any row in the output storage array. To accomplish this, the distributor must satisfy three conditions.

1.出力ビームをその光軸に関して中心を合わせ、次にデ
コーダ列の中心に合わせる。
1. Center the output beam with respect to its optical axis, then center the decoder row.

2.出力ビームをデコーダ配列の列の全体の高さにわたっ
て分散する。
2. Disperse the output beam over the entire height of the rows of the decoder array.

3.出力ビームの水平の分散を制御し、隣接した列の間の
漏話を減少する。始めの二つの要求は分配によって実行
されるフーリエ変換で満足される。ディストリビュータ
103の信号光は単にデコーダ配列102中の付勢された光素
子からシステムに入った光である。理想的な光スイッチ
中の唯一の光源は、例えばエンコーダ配列の付勢された
行から放出された論理的“1"を表わす高レベルの光情報
信号である。理想的なシステムのエンコーダ配列中の他
の光素子のすべては不透明であり、ディストリビュータ
に対する光には寄与しない。この結果として、理想的な
エンコーダ配列は無限大のコントラスト比を持つデバイ
スを必要とする。コントラスト比は付勢された入力光素
子のビットから放出される光の放射と、消勢された入力
光素子のビットから放出される光の放射と、消勢された
入力光素子のビットから放出される光の放射の比であ
る。残念なことに、市販されているデバイスでも多くの
実験的デバイスでも100までのコントラスト比しか実現
できない。このようなコントラスト比は比較的低いの
で、消勢されたエンコーダの消勢された行からディスト
リビュータに可なりの量の望ましくない光が入る。この
光は付勢された行をとりまくバックグラウンド配列素子
から発するので、バックグラウンド光と呼ぶことができ
る。バックグラウンド光はディストリビュータ中の情報
信号の光と干渉する可能性があり、特にエンコーダ配列
103の付勢された行からの、例えば、論理“0"を表わす
低レベルの光情報信号対と干渉して、デコーダ配列でビ
ット誤りを生ずる可能性があるから、これはまたバック
グラウンド雑音と呼んでもよい。光スイッチ100には、
二つのタイプのバックグラウンド雑音が存在する。垂直
バックグラウンド雑音は情報信号光と同一の列の中の光
素子から発するバックグラウンド光である。水平バック
グラウンド雑音は隣接した列の光素子から発生し、列の
境界を越えて分散するバックグラウンドの光である。垂
直および水平のバックグラウンド雑音は組合わさってこ
の光スイッチの全バックグラウンドを形成する。
3. Control the horizontal dispersion of the output beam and reduce crosstalk between adjacent rows. The first two requirements are satisfied by the Fourier transform performed by distribution. Distributor
The signal light at 103 is simply the light entering the system from the energized optical elements in the decoder array. The only light source in an ideal optical switch is a high-level optical information signal representing, for example, a logical "1" emitted from an energized row of the encoder array. All other optical elements in the encoder array of the ideal system are opaque and do not contribute light to the distributor. As a result, an ideal encoder arrangement requires a device with an infinite contrast ratio. The contrast ratio is the emission of light emitted from the bit of the activated input optical element, the emission of light emitted from the deactivated input optical element bit, and the emission of light from the deactivated input optical element bit. Is the ratio of the emitted light radiation. Unfortunately, commercially available devices and many experimental devices can only achieve contrast ratios of up to 100. Since such contrast ratios are relatively low, a significant amount of unwanted light enters the distributor from the deactivated row of deactivated encoders. This light originates from the background array elements surrounding the energized row and can be referred to as background light. Background light can interfere with the information signal light in the distributor, especially in encoder arrays.
This also results in background noise and noise, as it can cause bit errors in the decoder arrangement, for example, by interfering with a low level optical information signal pair representing a logical "0" from the 103 activated rows. May be called. The optical switch 100 includes
There are two types of background noise. Vertical background noise is background light emitted from optical elements in the same column as the information signal light. Horizontal background noise is background light originating from adjacent columns of optical elements and dispersing across column boundaries. The vertical and horizontal background noise combine to form the overall background of the optical switch.

三つの先に述べた要求を満足し、雑音問題を最小化す
るために、ディストリビュータ103は三つのサブシステ
ム:フーリエ変換サブシステム116、水平イメージ増大
サブシステム117、水平増大システム118から成る。
In order to satisfy the three previously mentioned requirements and to minimize noise problems, the distributor 103 comprises three subsystems: a Fourier transform subsystem 116, a horizontal image enhancement subsystem 117, and a horizontal enhancement system 118.

第5図に示されているのは、サブシステム116、117お
よび118と、ディストリビュータシステム103の入力平面
500に置かれたエンコーダ配列102およびディストリビュ
ータシステムの出力平面505に置かれたデコーダ配列104
と共にディストリビュータ103の詳細な図を示してい
る。ディストリビュータ103の側面図および第5図のエ
ンコーダ配列102とデコーダ配列104のサブシステムは第
6図に示されている。第7図に示されているのは第5図
の装置の上面図である。フーリエ変換サブシステム116
はL1とラベル付けした収束用の円筒レンズ501を含み、
これはエンコーダ配列102の光素子102(R1,C8)からの
入力平面において入力電界パターン550の1次元フーリ
エ変換をその焦点面502に生ずる。エンコーダ配列102か
ら収束レンズ501への距離d0は必ずしもレンズの焦点距
離と等しくはないので、焦点面502におけるイメージは
実際にはエンコーダ配列からの電界パターンをある位相
項で乗じたもののフーリエ変換となっている。しかし、
デコーダ配列の動作は光の放射の大きさに応動するか
ら、これらの位相項は無視することができる。変換によ
って、エンコーダ配列のイメージに現われる空間周波数
はこの焦点面の明るい領域あるいはスポットとして現わ
れる。エンコーダ配列の入力イメージはPによって与え
られる側長を有する単一の正方形の開口部であるから、
垂直方向(すなわち、y方向)の電界分布パターンは で与えられる。もし収束レンズ501が焦点距離f1を持っ
ていれば、レンズの焦点面の垂直方向のフーリエ変換55
1のイメージは次式で近似される電界となる。
FIG. 5 shows the subsystems 116, 117 and 118 and the input plane of the distributor system 103.
Encoder array 102 located at 500 and decoder array 104 located at output plane 505 of the distributor system
In addition, a detailed diagram of the distributor 103 is shown. A side view of the distributor 103 and the subsystems of the encoder arrangement 102 and the decoder arrangement 104 of FIG. 5 are shown in FIG. Shown in FIG. 7 is a top view of the apparatus of FIG. Fourier transform subsystem 116
Includes a convergent cylindrical lens 501 labeled L1,
This produces a one-dimensional Fourier transform of the input electric field pattern 550 at its focal plane 502 at the input plane from the optical elements 102 (R1, C8) of the encoder array 102. Since the distance d 0 from the encoder array 102 to the converging lens 501 is not necessarily equal to the focal length of the lens, the image at the focal plane 502 is actually a Fourier transform of the electric field pattern from the encoder array multiplied by a phase term. Has become. But,
Since the operation of the decoder array is responsive to the magnitude of the light emission, these phase terms can be neglected. Due to the transformation, the spatial frequencies appearing in the image of the encoder array appear as bright areas or spots in this focal plane. Since the input image of the encoder array is a single square opening with the side length given by P,
The electric field distribution pattern in the vertical direction (ie, the y direction) is Given by If If the converging lens 501 has a focal length f 1, the vertical direction of the Fourier transform 55 of the focal plane of the lens
The image of 1 is an electric field approximated by the following equation.

これは良く知られたsinc(y)′=sin(πy)/
(πy)の垂直方向の関数である。この平面内の放射だ
けしか検出されないから、検出される信号はフーリエ変
換の2乗(sinc2)に比例し、これが入力イメージの電
界スペクトルとなる。エンコーダ配列の正方形の開口部
の垂直位置とは関係なく電力スペクトラム(およびsinc
2のパターンの主ローブ)は常に収束レンズ501の光軸に
中心をおいている。従って、三つの要求の内の第1のも
のが満足される。オン状態の光素子のエネルギーの大部
分は主ローブに含まれているから、これはデコーダ配列
104が置かれている出力平面505の検出に使用される出力
イメージ552の部分である。残念なことに、sinc2の関数
のこのローブの垂直の広がりはディストリビュータの第
2の要求を満足するのに充分でないかもしれない。その
第1の垂直0は、 の点にあるからである。ここで である。
This is the well-known sinc (y) '= sin (πy) /
(Πy) is a vertical function. Since only radiation in this plane is detected, the signal detected is proportional to the square of the Fourier transform (sinc 2 ), which is the electric field spectrum of the input image. The power spectrum (and sinc is independent of the vertical position of the square aperture in the encoder array)
The main lobe of pattern 2 is always centered on the optical axis of the converging lens 501. Therefore, the first of the three requirements is satisfied. Since most of the energy of the on-state optical element is contained in the main lobe, this is
This is the portion of the output image 552 used to detect the output plane 505 where 104 is located. Unfortunately, the vertical spread of this lobe of the function of sinc 2 may not be enough to satisfy the second requirement of the distributor. The first vertical 0 is This is because here It is.

垂直増大サブシステム118は、出力ビームをデコーダ
配列の列の全体の高さにわたって広げることによって第
2のディストリビュータの要求を満足するようにsinc2
関数の垂直の広がりを拡大する。出力平面のフーリエ分
布を増大するために、種々の周知の光イメージングシス
テムを使用してもよい。有利な方法としては、垂直拡大
サブシステム118をL3と名付けた単一の円筒分散レンズ5
04で構成し、焦点面502のフーリエ変換のイメージをデ
コーダ配列を配置した出力面505に作る方法がある。分
散レンズ504がフーリエ面の左に設けられているから、
フーリエ変換イメージは垂直に拡大されて、フーリエ面
の代わりに出力面に現われる。分散レンズからフーリエ
変換面までの距離をS0(負の数)で表わし、分散レンズ
から出力面のイメージまでの距離をSiで表わせば、その
ときには出力面における拡大されたsinc関数の第1の垂
直0点は であり、これが で与えられることになる。ここでFscaledは出力面に生
ずる拡大されたフーリエ変換522を表わす。軸平行近似
が有効であると仮定すれば、周知のレンズ方程式とレン
ズの拡大を記述する式から、システム設計のために極め
て有用な二つの式が得られる。
The vertical augmentation subsystem 118 spreads the output beam over the entire height of the columns of the decoder array to satisfy sinc 2 to satisfy the requirements of the second distributor.
Expand the vertical spread of the function. Various known optical imaging systems may be used to increase the Fourier distribution in the output plane. Advantageously, a single cylindrical dispersing lens 5 named L3 for the vertical magnification subsystem 118
There is a method in which an image of Fourier transform of the focal plane 502 is formed on an output plane 505 in which a decoder array is arranged. Since the dispersion lens 504 is provided on the left of the Fourier plane,
The Fourier transform image is vertically magnified and appears on the output surface instead of the Fourier surface. The distance to the Fourier transform plane from the dispersion lens expressed in S 0 (a negative number), Expressed the distance to the image output surface from the dispersion lens S i, the first of the sinc function, which is enlarged in the output plane at that time The vertical zero point of And this is Will be given by Where F scaled represents the expanded Fourier transform 522 that occurs on the output surface. Assuming that the axis-parallel approximation is valid, the well-known lens equations and equations describing lens magnification yield two very useful equations for system design.

ここで、Mrequiredは全体の出力面505にsinc関数のメ
インローブを広げるのに必要なシステムの拡大率であ
り、f2は分散のための負の焦点距離である。
Here, M required is the magnification of the system required to spread the main lobe of the sinc function over the entire output plane 505, and f 2 is the negative focal length for dispersion.

必要な拡大を行なうためには、距離Siが大きくなるこ
とが多い。この結果として、システムを通るビームの伝
播には水平の分散が生じ、ビーム幅は近似的に で表わされるから、ビーム幅bは大きくなりすぎること
がある。ここでzはシステムの全長である。これによっ
てシステムの隣接した列の間に水平の雑音問題を生ず
る。
To make the necessary expansion is often the distance S i increases. This results in horizontal dispersion in the propagation of the beam through the system, and the beam width is approximately , The beam width b may be too large. Where z is the total length of the system. This creates a horizontal noise problem between adjacent columns of the system.

水平イメージングサブシステム117は第7図に示すよ
うに水平方向にビームを分散するイメージングによって
水平の雑音問題を制御する。光の焦点をこのようにとり
なおすことによって、システムで雑音となる可能性があ
る光を出力面の有用な点に向け直し、出力信号のレベル
を高めることができる。水平イメージングサブシステム
117は、L2とも呼ばれるイメージングレンズ506を含み、
これは第5図−第7図の他の二つのレンズの水平向きか
ら90度回転した円筒収束レンズとなっている。もしレン
ズ506の焦点距離がf3であれば、エンコーダ配列からの
距離はS1=2(f3)で与えられ、再焦点レンズからデコ
ーダ配列への距離はS2=2(f3)で与えられる。この結
果として再焦点レンズはすべての入力ビームをその初期
の水平幅に戻し、各入力ビームを第6図に示す出力平面
の共役点に向ける。伝播するビームの水平の拡大と縮小
は距離S1とS2を変化することによって注意して制御する
ことができる。この結果として、水平の広がりが含まれ
るから、ディストリビュータの第3の条件も満足される
ことになる。
The horizontal imaging subsystem 117 controls the horizontal noise problem by imaging the beam in the horizontal direction as shown in FIG. By refocusing the light in this way, light that may be noisy in the system can be redirected to useful points on the output surface and the level of the output signal can be increased. Horizontal imaging subsystem
117 includes an imaging lens 506, also called L2,
This is a cylindrical convergent lens rotated 90 degrees from the horizontal direction of the other two lenses in FIGS. If the focal length of lens 506 is f 3 , the distance from the encoder array is given by S 1 = 2 (f 3 ), and the distance from the refocus lens to the decoder array is S 2 = 2 (f 3 ). Given. This results in the refocusing lens returning all input beams to their initial horizontal width and directing each input beam to a conjugate point in the output plane shown in FIG. Expansion and Contraction of horizontal beams propagating can be carefully controlled by varying the distance S 1 and S 2. As a result, since the horizontal spread is included, the third condition of the distributor is also satisfied.

エンコーダ配列102の光素子の列から生ずる出力波形
について考える面に、エンコーダ配列の単一の光素子か
ら生ずる出力波形について議論することが望ましい。入
力平面の単一の光素子の存在はこのスイッチが無限のコ
ントラスト比を持つ理想的な光デバイスを持つエンコー
ダ配列を使用することを意味する。理想的なエンコーダ
配列で単一の素子(幅=P)が付勢されると仮定する
と、出力面に生ずる電界波形の は近似的に次式で与えられる。
In considering the output waveforms resulting from the array of optical elements in the encoder array 102, it is desirable to discuss the output waveforms resulting from a single optical element in the encoder array. The presence of a single optical element in the input plane means that this switch uses an encoder array with an ideal optical device with infinite contrast ratio. Assuming a single element (width = P) is energized in an ideal encoder arrangement, the electric field waveform at the output surface Is approximately given by:

入力面において、光素子によって発生された垂直電界
波形 は第8図に示すように矩形分布801を持つ。フーリエ変
換レンズ501の働きによって、出力面の垂直方向の電界
波形パターンは第8図に示すように で記述されるsinc分布802を持つ。この場合も、出力の
垂直方向に実際に検出されるイメージは式(4)で記述
される零点の間隔を有し、sinc2sの形を持つ。光素子の
寸法が減少するのにつれてsincの主ローブが広くなるこ
とに注意しておくことは重要である。式(8)から出力
平面の水平方向に与えられるビームが幅Pの矩形分布に
よって正しく近似されることに注意しておくことが重要
である。
Vertical electric field waveform generated by optical element at input plane Has a rectangular distribution 801 as shown in FIG. By the operation of the Fourier transform lens 501, the electric field waveform pattern in the vertical direction on the output surface is as shown in FIG. Has a sinc distribution 802 described by Also in this case, the image actually detected in the vertical direction of the output has the interval between zeros described by equation (4) and has the form of sinc 2 s. It is important to note that the main lobe of the sinc becomes wider as the dimensions of the optical element decrease. It is important to note from equation (8) that the beam given in the horizontal direction of the output plane is correctly approximated by a rectangular distribution of width P.

入力面のすべての光素子が消勢されたとき、これは任
意の列を見下すときに、これは矩形波に類似した電界分
布パターンを形成する。この矩形波分布は多くのデバイ
スは矩形配列の構造で生産されるから、多くのエンコー
ダ配列についても観測することができる。この矩形の電
界分布パターン901は第9図に示すような雑音入力 に対応する。従って、垂直方向の電界分布パターン902
は次式よって記述される。
When all the light elements of the input surface are de-energized, this forms an electric field distribution pattern similar to a square wave when looking down on any row. This rectangular wave distribution can be observed for many encoder arrays because many devices are produced in a rectangular array structure. This rectangular electric field distribution pattern 901 has a noise input pattern as shown in FIG. Corresponding to Therefore, the vertical electric field distribution pattern 902
Is described by the following equation.

ここでPは光素子の大きさで、Gは素子の間のすき間
の大きさである。エンコーダは実際には有限な空間的広
がりを有するから、このイメージは実際にはウィンドウ
関数w(y)によって切り出される。従って、次式が得
られる。
Here, P is the size of the optical element, and G is the size of the gap between the elements. Since the encoder actually has a finite spatial extent, this image is actually clipped by the window function w (y). Therefore, the following equation is obtained.

ここで*はたたみ込みの操作を表わし、comb(y/(P
+G))は距離P+Gに広がったディラックのデルタ関
数の列である。スレショルド操作を使用してエンコーダ
のすべての行を消勢すれば、入力イメージのすべての要
素は近似的に同一の放射を持つ。従って、垂直の電界波
が入力面に生じ垂直電界波形パターンは のように出力面に生ずる。出力面においては、単一の光
源素子でなく入力面において発光する複数の光源がある
効果は大きく のようになる。入力イメージにrect(y/w)のウィンド
ウをかけ、ウィンドウ長Wを素子の大きさPよりはるか
に大きくしておけば次のようになる。
Here, * indicates a convolution operation, and comb (y / (P
+ G)) is a sequence of Dirac delta functions spread over distance P + G. If all rows of the encoder are deactivated using a threshold operation, all elements of the input image will have approximately the same emission. Therefore, the vertical electric field waveform Is generated on the input surface and the vertical electric field waveform pattern is As shown on the output surface. On the output surface, the effect of having multiple light sources emitting on the input surface instead of a single light source element is significant. become that way. If a window of rect (y / w) is applied to the input image and the window length W is much larger than the element size P, the following is obtained.

出力波形は中心から中心までの距離をλf1Si/((P
+G)S0)とした幅の狭いsincパルスの列であり、Pは
素子の大きさで、Gは第9図に示した素子の間の隙間の
大きさである。sincパルスの各々はその0点がλf1si
(Ws0)の間隔を持ち、全体のパルス列は幅の広いsinc
である によって変調される。ウィンドウ長Wが増加するにつれ
て(すなわちエンコーダ配列の大きさが大きくなるにつ
れて)sincパルスの主ローブの幅は小さくなる。さら
に、エンコーダ配列の素子と素子間の隙間の大きさが小
さくなるにつれて、矩形波イメージが高い空間周波数を
持つようになるから出力面におけるsincパルス素子の間
の間隔が増大する。
In the output waveform, the distance from the center to the center is λf 1 S i / ((P
+ G) a sequence of sinc pulses of narrow width as S 0 ), where P is the size of the element and G is the size of the gap between the elements shown in FIG. Each of the sinc pulses has a zero point of λf 1 s i /
(Ws 0 ) interval, and the entire pulse train has a wide sinc
Is Modulated by As the window length W increases (ie, as the size of the encoder array increases), the width of the main lobe of the sinc pulse decreases. Furthermore, as the size of the gap between the elements of the encoder array decreases, the space between the sinc pulse elements on the output surface increases because the rectangular wave image has a higher spatial frequency.

エンコーダ配列のすべての素子がひとつを除いて消勢
されたときに、 で記述される波形分布パターン1001の電界は第10図に示
すように入力面に生ずる。従って、次式が成立する。
When all elements of the encoder array are deactivated except one, The electric field of the waveform distribution pattern 1001 described in (1) is generated on the input surface as shown in FIG. Therefore, the following equation is established.

ここでAは によって記述される定数であり、kはエンコーダ配列に
おけるデバイスのコントラスト比である。出力面におけ
る垂直電界分布波形パターンは によって与えられ、フーリエ変換は線形演算であるか
ら、第10図に示すように次のようになる。
Where A is Where k is the contrast ratio of the device in the encoder array. The vertical electric field distribution waveform pattern on the output surface is , And the Fourier transform is a linear operation, so as shown in FIG.

ここで は破線1002で示され、 は実線1003で示される。 here Is shown by the dashed line 1002, Is shown by the solid line 1003.

第10図はまた二つの出力領域を示し、ここで出力信号
は出力面に設けられたデコーダ配列104の光デバイス素
子のような検出器によってサンプルされる。これらの領
域は情報信号によって生ずる幅の広いsinc分布の主ロー
ブの中にあるが、これらはバックグラウンド雑音から生
ずる狭いsinc分布の主ローブによって制限される。従っ
て、光検出器は出力情報信号の主ローブの高放射をサン
プルし、一方出力雑音のワイドローブについては低放射
をサンプルする。デコーダ素子をこれに従って配置して
あるときには、雑音信号の低放射は情報信号の高放射に
比べて無視できるようになっている。
FIG. 10 also shows two output regions, where the output signal is sampled by a detector such as an optical device element of a decoder array 104 provided at the output surface. These regions are in the broad sinc main lobe caused by the information signal, but they are limited by the narrow sinc main lobe resulting from the background noise. Thus, the photodetector samples the high emission of the main lobe of the output information signal, while sampling the low emission for the wide lobe of the output noise. When the decoder elements are arranged accordingly, the low emission of the noise signal is negligible compared to the high emission of the information signal.

ディストリビュータ103の動作の特性を示すために
は、スイッチの信号対雑音比(SNR)を規定することが
有効である。出力面における電界分布波形パターンの変
動があるために、出力の信号対雑音比が出力面のサンプ
ル位置によって変わってくることは明らかである。この
結果として、ディストリビュータの光軸からの垂直方向
のずれの関数として信号対雑音比を調べることは興味の
あることである。この関数はSNR(y)と呼ばれる。
In order to indicate the characteristics of the operation of the distributor 103, it is effective to define the signal-to-noise ratio (SNR) of the switch. It is clear that the output signal-to-noise ratio changes depending on the sample position on the output surface due to the variation of the electric field distribution waveform pattern on the output surface. As a result, it is of interest to examine the signal-to-noise ratio as a function of the vertical deviation from the optical axis of the distributor. This function is called SNR (y).

SNR(y)を定義する前に、“雑音信号”と“情報信
号”を電界波形に適用する場合の定義が必要である。バ
ックグラウンドの入力雑音はエンコーダ配列102の光素
子がどれも付勢されていない時に存在する電界波形とし
て定義される。これは第9図に示す によって記述される波形901に対応し、結果として得ら
れる出力雑音は によって記述される波形902によって表わされる。先に
述べたように、この雑音は、バイアスビーム153が与得
られたときに消勢されたエンコーダ素子を通してシステ
ムに入る望ましくない光である。レンズのフーリエ変換
の性質はこの雑音を出力面の離散的な領域に強制的に与
えるのに使用される。
Before defining SNR (y), it is necessary to define the case where "noise signal" and "information signal" are applied to the electric field waveform. Background input noise is defined as the electric field waveform present when none of the optical elements of the encoder array 102 are energized. This is shown in FIG. And the resulting output noise corresponds to waveform 901 described by Is represented by the waveform 902 described by As mentioned earlier, this noise is the unwanted light that enters the system through the deactivated encoder element when the bias beam 153 is provided. The Fourier transform nature of the lens is used to force this noise into discrete areas of the output surface.

システムの入力が“情報信号”はエンコーダ配列で単
一の光素子がオンとなっていて、雑音信号の電力レベル
に比べて高電力レベルの光信号を放射しているときに存
在する電界波形であると定義される。消勢された素子か
らの光はまた付勢された素子がオンと名手いるときにも
存在するから、この光はまた入力信号の一部であると考
えられる。この結果として、第10図に示すように で記述される波形1001は入力信号を表わし、 で記述される波形1003は出力信号を表わす。この結果次
のようになる。
The input of the system is the "information signal" which is the electric field waveform that exists when a single optical element is turned on in the encoder arrangement and emits an optical signal with a high power level compared to the power level of the noise signal. Is defined as This light is also considered to be part of the input signal because light from the deactivated element is also present when the activated element is known to be on. As a result, as shown in FIG. The waveform 1001 described by represents the input signal, Represents an output signal. This results in:

エンコーダ配列102で低コントラスト比のデバイスを
使えるようにするために、ディジタル信号処理の応用で
利用されるウィンドウ手法が使用できる。ウィンドウと
ディジタル信号処理の研究は、すべての信号をディジタ
ル信号処理手法に適用する前に打ち切らなければならな
いという要求から生ずる。通常に打ち切りを行なうのは
先に述べたように信号に矩形のウィンドウをかけること
に相当する。周波数領域では、打ち切られた信号によっ
て生ずるフーリエ変換は元の打ち切られていない信号の
フーリエ変換と矩形ウィンドウのフーリエ変換のたたみ
込みとなる。(式12参照)矩形ウィンドウのフーリエ変
換はsinc関数であるから、sinc曲線のサイドローブは初
期の信号スペクトルの分布を分散させる傾向がある。こ
の結果として、矩形ウィンドウを使用すると、元の信号
のフーリエ変換の帯域幅が広がる傾向がある。この現象
はスペクトルの漏れと呼ばれることが多く、矩形ウィン
ドウのみならず、打ち切りのためにどのようなウィンド
ウを使用しても観測される。サイドローブに広がってゆ
くエネルギーの量は使用されるウィンドウの関数であ
る。矩形ウィンドウのフーリエ変換は主ローブを小さく
サイドローブを大きくする傾向がある。3角ウィンド
ウ、ハミングウィンドウ、ガラスウィンドウのような他
のウィンドウのフーリエ変換ではサイドローブは小さ
い。サイドローブが低いようなウィンドウを使って光ス
イッチ100の信号対雑音比を改善できる。
To enable the use of low contrast ratio devices in the encoder array 102, windowing techniques used in digital signal processing applications can be used. Research on windows and digital signal processing stems from the requirement that all signals must be aborted before applying to digital signal processing techniques. Normal truncation is equivalent to applying a rectangular window to the signal as described above. In the frequency domain, the Fourier transform caused by the truncated signal is the convolution of the Fourier transform of the original uncensored signal and the Fourier transform of the rectangular window. (See Equation 12) Since the Fourier transform of a rectangular window is a sinc function, the sidelobes of the sinc curve tend to disperse the initial signal spectrum distribution. As a result, using a rectangular window tends to increase the bandwidth of the Fourier transform of the original signal. This phenomenon is often referred to as spectral leakage and is observed using any window for truncation, not just rectangular windows. The amount of energy spreading to the side lobes is a function of the window used. The Fourier transform of a rectangular window tends to make the main lobe smaller and the side lobe larger. Sidelobes are small in the Fourier transform of other windows, such as triangular windows, Hamming windows, and glass windows. A window having a low side lobe can be used to improve the signal to noise ratio of the optical switch 100.

光スイッチアセンブリー100でどのようにウィンドウ
手法が使用されているかを知るためには、エンコーダ配
列の素子によって形成される光の放射の周期的な分布に
対して、エンコーダ配列102の最終的な高さが実効的に
ウィンドウの効果をあげていることを知ることが重要で
ある。このことを視覚化するのに良い方法は、垂直方向
に無限まで延びたエンコーダ配列102を想像することで
ある。この結果として、スイッチは無限の数の行が存在
する。この場合には、入力平面に存在する無限の矩形波
のフーリエ変換は変化する光のデルタ関数の列となる。
今もし無限に長いエンコーダ配列の前にマスクが置かれ
て、数行を除いてすべての残りの行をブロックすれば、
入力信号が明らかに矩形ウィンドウを用いれ、ウィンド
ウされたことになり、フーリエ平面上のデルタ関数はス
ペクトルの漏れの結果として広がることになる。もし矩
形ウィンドウ以外のウィンドウを使用すれば、このスペ
クトルの漏れは最小化することができる。光の領域でフ
ーリエ技術とウィンドウ技術を使用するには、システム
がコヒーレントな光源14からのコヒーレントな光を使用
する必要がある。多くのレーザではその発光の形はガウ
ス形しており、従って非不定形のビーム形成システムに
よって形成されるエンコーダ配列上にバイアスビーム15
3としてイメージを持つレーザを使用することによって
ガウスウィンドウを容易に形成することができる。
To know how the windowing technique is used in optical switch assembly 100, the final height of encoder array 102 relative to the periodic distribution of light emission formed by the elements of the encoder array is described. It is important to know that is effectively effecting the window. A good way to visualize this is to imagine the encoder array 102 extending vertically to infinity. As a result, the switch has an infinite number of rows. In this case, the Fourier transform of an infinite rectangular wave present in the input plane is a sequence of delta functions of the changing light.
Now if a mask is placed before the infinitely long encoder array and blocks all but a few lines,
The input signal is clearly windowed using a rectangular window, and the delta function on the Fourier plane will spread as a result of spectral leakage. If a window other than a rectangular window is used, this spectral leakage can be minimized. The use of Fourier and window techniques in the light domain requires that the system use coherent light from a coherent light source 14. In many lasers, the shape of the emission is Gaussian, so the bias beam 15 is placed on the encoder array formed by the amorphous beamforming system.
Gaussian windows can be easily formed by using a laser with an image as 3.

ディストリビュータ103に対してガウスウィンドウを
適用したときの効果は重要である。ガウスウィンドウを
適用することによって、雑音のピークの間の出力領域に
おいて矩形ウィンドウを使用する場合に比べて劇的な改
善が見られる。このような信号対雑音比の改善はエンコ
ーダ配列102を照射するビーム形成システム115として、
エンコーダ配列をガウスウィンドウで照らしたときに、
雑音信号のサイドローブが大幅に減少することの直接の
結果である。
The effect of applying the Gaussian window to the distributor 103 is important. Applying a Gaussian window provides a dramatic improvement over using a rectangular window in the output region between noise peaks. Such an improvement in signal-to-noise ratio is achieved by a beamforming system 115 that illuminates the encoder array 102.
When illuminating the encoder array with a Gaussian window,
This is a direct result of the significant reduction in side lobes of the noise signal.

残念なことに、このような信号対雑音比の改善はただ
で実現されるわけではない。このために検討しなければ
ならない兼ね合いの問題がある。第1の兼ね合いは雑音
信号における雑音のピークの主ローブは、ガウスビーム
の幅が減少するにつれて広くなってゆくということであ
る。この結果として、信号対雑音比が高い出力の動作領
域の大きさは減少する傾向があり、これによってデコー
ダ配列104の出力サンプリングの垂直の距離は小さくな
る。
Unfortunately, such an improvement in signal-to-noise ratio is not just realized. There is a trade-off that must be considered for this. The first trade-off is that the main lobe of the noise peak in the noise signal becomes wider as the width of the Gaussian beam decreases. As a result, the size of the operating area of the output with a high signal-to-noise ratio tends to decrease, thereby reducing the vertical distance of the output sampling of the decoder array 104.

第2の兼ね合いは、ガウスビームの尾で照らされるエ
ンコーダ配列102の行が出力面のデバイスをスイッチす
るのに充分な光を発生しないことである。この結果、こ
れらの入力行はスイッチング動作で使用できなくなる。
実際に、“入力動作領域”と呼ばれるガウスビームの中
心は近くの使用できる入力行の領域が存在していること
になる。光素子がガウスビームの中心から尾の方に動く
に従って信号対雑音比は低下する。入力動作領域は出力
平面上で必要な信号対雑音比の他にガウスビーム幅の関
数となることに注意することは重要である。
A second trade-off is that the rows of the encoder array 102 illuminated by the tail of the Gaussian beam do not generate enough light to switch the devices at the output surface. As a result, these input rows cannot be used in the switching operation.
In fact, the center of the Gaussian beam, referred to as the "input operating area", will have an area of available input rows nearby. As the optical element moves from the center of the Gaussian beam toward the tail, the signal to noise ratio decreases. It is important to note that the input operating area is a function of the Gaussian beamwidth in addition to the required signal-to-noise ratio on the output plane.

エンコーダ配列のすべての素子が消勢されているとき
に、実際のシステムでは有限のコントラスト比kがある
から、光の一部はエンコーダ配列を通ることができる。
エンコーダ配列はまたスレショルド機能を持ち、フーリ
エ変換の入力面のすべてのオフの素子(付勢されている
行も他の行も)が同一の放射すなわち電界の大きさをも
つようになっている。もし線形でスレショルドを持たな
いエンコーダ配列が使用されたときには、エンコーダ配
列で付勢されていない入力記憶配列の行にはオンとオフ
の素子が共に存在し得るので問題が生ずることがある。
これらの素子からの異なる放射は線形のエンコーダは単
に入射を するだけであるから線形のエンコーダ配列を通って伝播
する。この結果として消勢状態の情報ビットについては
二つの異なるオフの発光がある。このために、入力イメ
ージの周期性は失われ、信号対雑音比に関する利点が失
われる。
When all elements of the encoder array are deenergized, some of the light can pass through the encoder array because there is a finite contrast ratio k in a real system.
The encoder arrangement also has a threshold function such that all off elements (both energized and other rows) of the Fourier transform input surface have the same radiation or electric field magnitude. If a linear, non-threshold encoder array is used, problems can occur because both on and off elements can be present in a row of the input storage array that is not energized in the encoder array.
The different emissions from these elements are linear To propagate through a linear encoder array. As a result, there are two different off light emissions for the deactivated information bits. Because of this, the periodicity of the input image is lost and the advantage with respect to the signal-to-noise ratio is lost.

このような問題の可能性はエンコーダ配列にスレショ
ルドゲートを用いることによって解決される。エンコー
ダ配列を先に述べたような3状態の対称自己電気−光効
果デバイスのようなラッチデバイスで構成することによ
って他の解決も可能である。光スイッチアセンブリー10
0の動作によって、先に述べたように任意の時点でエン
コーダ配列に1行だけをラッチすることが必要である。
The possibility of such a problem is solved by using a threshold gate in the encoder arrangement. Other solutions are possible by configuring the encoder array with a latching device, such as a three-state symmetric self-electro-optic effect device as described above. Optical switch assembly 10
The zero operation requires that only one row be latched into the encoder array at any given time, as described above.

第14図にはディストリビュータ103を通して選択的に
スイッチするために、バス172を通してスイッチ制御回
路110からエンコーダ102に対して送られる入力記憶配列
102の行に記憶された3つの異なるタイムスロットのデ
ータワードのための3つの理想化されたエンコーダタイ
ミング制御信号1401−1403を図示している。第14図に図
示するようにディストリビュータによってスイッチされ
るべきはじめの2行の情報は最後の配列行の次の行132R
(P−1)と最後の行132RPに記憶される。この情報は
先に時間フレーム(F−1)の終りで入力記憶配列の中
に記憶されたものである。ディストリビュータを通して
スイッチされるべき情報の第3行は第14図に示すように
第1の記憶配列の行132R1に記憶される。この第3の情
報の行は時間フレームFの間に記憶されたものである。
ディストリビュータシステムのタイミングはスイッチ制
御回路110の周知の内部クロックによって同期される。
ディストリビュータシステムのタイミングの要求は第13
図の時刻t6t7の間に示すような光タイミング信号162の
低電力レベルが、エンコーダ制御信号1401−1403の光電
力レベルあるいはスイッチ制御回路110からバス173を経
由してデコーダ配列104に送られるデコーダ制御信号140
4−1406の光電力レベルとは一致しないことである。従
って、各々の選択された記憶配列の情報の行でディスト
リビュータシステムを通してスイッチされる間は、光タ
イミング制御信号は高電力レベルになければならない。
FIG. 14 shows an input storage array sent from the switch control circuit 110 to the encoder 102 via the bus 172 for selective switching through the distributor 103.
FIG. 7 illustrates three idealized encoder timing control signals 1401-1403 for data words in three different time slots stored in row 102. FIG. The first two lines of information to be switched by the distributor as shown in FIG.
(P-1) is stored in the last row 132RP. This information was previously stored in the input storage array at the end of time frame (F-1). The third row of information to be switched through the distributor is stored in row 132R1 of the first storage array as shown in FIG. This third row of information has been stored during time frame F.
The timing of the distributor system is synchronized by a well-known internal clock of the switch control circuit 110.
13th demand for distributor system timing
The low power level of the optical timing signal 162 as shown between times t6 and t7 in the figure is the optical power level of the encoder control signals 1401-1403 or the decoder control transmitted from the switch control circuit 110 to the decoder array 104 via the bus 173. Signal 140
It does not match the optical power level of 4-1406. Thus, the optical timing control signal must be at a high power level while being switched through the distributor system at each selected row of information in the storage array.

ディストリビュータを通して最後の入力記憶配列の行
132R(P−1)の前の行の情報をスイッチするには、ス
イッチ制御回路は選択された行に関連したエンコーダ制
御信号を動作して、その行のデバイスを電気的に付勢す
るために、時刻t1で高電力レベルに切替える。エンコー
ダ102の他のすべての行はその制御信号が低電力レベル
に保たれているために電気的に消勢されている。エンコ
ーダ信号1401が高電力レベルにある間に、制御回路110
はバス168を経由してコヒーレント光源114を動作し、時
刻t1t2の間では低電力レベルを発生するようにし、エン
コーダ102のすべてのフリップフロップ対に入射するバ
イアスビーム153には低レベルのパルスが与えられる。
バイアスビーム153に低レベルのパルスが与えられたと
きに、入力記憶配列132のすべてのフリップフロップ対
に入射するタイミング制御信号162は高電力レベルにな
るから、入力記憶配列に記憶されたすべてのデータは、
そこから情報信号対192(P,M)を通してエンコーダ配列
102に伝播するが、情報は付勢されたエンコーダ行102R
(P−1)にだけ行く。付勢されたエンコーダ行にデー
タが蓄積されているので、バイアスアビーム153は時刻t
2で高電力レベルに戻り、付勢されたエンコーダ配列102
の行に記憶された情報はディストリビュータシステム10
3を通して、デコーダ配列104に行く。また時刻t2におい
て、デコーダ制御信号1404は高い論理レベル(1)をと
り、デコーダの単数あるいは複数の行の素子を電気的に
付勢して光情報信号の対を受信する。時間幅t2−t3の間
に、クロックで同期した光源が、バス169を通してスイ
ッチ制御回路110によって制御されて、バイアスビーム1
54にパルスを与え、低電力レベルとし、デコーダ配列の
素子を光学的に付勢して、ディストリビュータを通った
光情報信号対を受信する。この結果として、ディストリ
ビュータ103を通った情報信号対によって表わされる情
報がデコーダ配列の電気的および光学的に付勢された行
のフリップフロップ対に記憶される。
Last input storage array row through distributor
To switch the information in the row before 132R (P-1), the switch control circuit activates the encoder control signal associated with the selected row to electrically activate the devices in that row. At time t1. All other rows of encoder 102 are electrically de-energized because their control signals are maintained at low power levels. While the encoder signal 1401 is at the high power level, the control circuit 110
Operates the coherent light source 114 via the bus 168 so as to generate a low power level during the time t1t2, and a low level pulse is applied to the bias beam 153 incident on all the flip-flop pairs of the encoder 102. Can be
When a low level pulse is applied to the bias beam 153, the timing control signal 162 incident on all the flip-flop pairs of the input storage array 132 goes to a high power level, so that all data stored in the input storage array Is
From there, the encoder array through the information signal pair 192 (P, M)
Propagates to 102, but the information is
Go only to (P-1). Since data is accumulated in the energized encoder row, the bias beam 153 is set at the time t.
Return to high power level at 2 and activate encoder array 102
The information stored in the row of the distributor system 10
Through 3, go to the decoder array 104. Also, at time t2, the decoder control signal 1404 assumes a high logic level (1) and electrically energizes the elements of one or more rows of the decoder to receive a pair of optical information signals. During the time interval t2-t3, the clocked light source is controlled by the switch control circuit 110 through the bus 169 to generate the bias beam 1
Pulse 54 to a low power level and optically energize the elements of the decoder array to receive the pair of optical information signals through the distributor. As a result, the information represented by the information signal pair passing through distributor 103 is stored in the flip-flop pairs of the electrically and optically activated rows of the decoder array.

付勢された104のデコーダ配列の行にデータが記憶さ
れたあとで、時刻t3において、光源145はビーム154にパ
ルスを与えて、高電力レベルとし、デコーダ配列104に
今記憶された情報の行が時刻t3t4の間で、出力システム
105の出力記憶配列133に伝播するようにする。バス176
を経由してスイッチ制御回路110によって制御される光
源142は、バイアスビーム156が低レベルで出力記憶配列
133に入射した状態を保つから、付勢されたデコーダ行
の情報は出力記憶配列の対応する行に記憶される。制御
タイミング信号154がデコーダ配列104上で高電力レベル
のパルスとなる時刻t3とt4の間で出力記憶配列に情報信
号が記憶される。デコーダ配列の他の行はすべて消勢さ
れ、共に低レベルである1対の光信号を送出する。この
結果として、これらの低電力レベルの光信号対はそれが
入射した出力の記憶配列の行に影響を与えないことにな
る。時刻t4において、電気的なデコーダ制御信号が低論
理レベル(0)に戻り、光制御信号154も低電力レベル
に戻り、これによってデコーダ配列の行104(P−1)
を電気的、光学的に消勢する。
After the data has been stored in the energized 104 decoder array rows, at time t3, the light source 145 pulses the beam 154 to a high power level and the row of information now stored in the decoder array 104. Between the time t3t4 and the output system
Propagation is made to the output storage array 133 of 105. Bus176
The light source 142, which is controlled by the switch control circuit 110 via the
As it remains incident on 133, the information of the activated decoder row is stored in the corresponding row of the output storage array. An information signal is stored in the output storage array between times t3 and t4 when control timing signal 154 becomes a high power level pulse on decoder array 104. All other rows of the decoder array are disabled and emit a pair of optical signals that are both low. As a result, these low power level optical signal pairs will not affect the rows of the storage array of the output at which they are incident. At time t4, the electrical decoder control signal returns to a low logic level (0) and the light control signal 154 also returns to a low power level, thereby causing the decoder array row 104 (P-1).
Is electrically and optically deactivated.

時刻t3において、エンコーダのバイアスビーム153が
低電力レベルのパルスになり、エンコーダ制御信号1402
が高レベルになり、最後のエンコーダ行102RPが電気的
に付勢されたときに、上述したシーケンスが繰返され
る。この結果として、対応する入力記憶配列の行132RP
に記憶された情報は並列に転送され、行スイッチングプ
ロセスの次のサイクルを開始する。時刻t4でエンコーダ
のバイアスビーム153が高電力レベルになったときに、
情報信号対によって表わされた新しい情報の行がディス
トリビュータを通してデコーダ配列に伝播する。これと
同時にデコーダ制御信号1405は高電力レベルに変化し
て、新しいデコーダ行を付勢し、デコーダバイアスビー
ム154は低電力レベルに変化して付勢されたエンコーダ
配列の行からの情報をデコーダ配列に記憶するように付
勢する。時刻t5において、エンコーダ信号1402は低論理
レベルに変化し、エンコーダ配列102RPを電気的に消勢
し、エンコーダビーム154は高電力レベルに戻ってデコ
ーダからの最後の行のデータを出力記憶配列に通過させ
る。時刻t6においてデコーダ信号1405とバイアスビーム
154が低レベルに変化し、ディストリビュータからの次
の行のデータがデコーダに記憶されるようになる。
At time t3, the encoder bias beam 153 becomes a low power level pulse and the encoder control signal 1402
Goes high and the last encoder row 102RP is electrically energized, the sequence described above is repeated. As a result, the corresponding input storage array row 132RP
Are transferred in parallel to start the next cycle of the row switching process. At time t4, when the bias beam 153 of the encoder goes to a high power level,
The new row of information represented by the information signal pair propagates through the distributor to the decoder array. At the same time, the decoder control signal 1405 changes to a higher power level to activate a new decoder row, and the decoder bias beam 154 changes to a lower power level to decode information from the activated encoder array row. Energize to memorize. At time t5, encoder signal 1402 changes to a low logic level, electrically deenergizing encoder array 102RP, and encoder beam 154 returns to a high power level to pass the last row of data from the decoder to the output storage array. Let it. At time t6, the decoder signal 1405 and the bias beam
154 goes low, causing the next row of data from the distributor to be stored in the decoder.

入力記憶配列の時間フレーム(F−1)の情報のすべ
ての行が出力記憶配列133に転送された後で、第1の記
憶配列中の時間フレームFの情報の第1行について、上
述のプロセスが繰返される。これには第14図に示すよう
にエンコーダ制御信号1403とデコーダ制御信号1406が関
与する。
After all rows of information of the time frame (F-1) of the input storage array have been transferred to the output storage array 133, the above-described process is performed for the first row of information of the time frame F in the first storage array. Is repeated. This involves an encoder control signal 1403 and a decoder control signal 1406, as shown in FIG.

エンコーダ配列102と同様に、デコーダ配列104は第1
図に示すように行104R1−104RPと列104C10−104CMに配
列された3状態対称SEEDのような複数の光記憶素子を含
んでいる。スイッチ制御回路110はバス173を経由して、
ひとつあるいはそれ以上のデコーダ配列の行を付勢して
対応する列の対の全体にわたって分配された情報信号対
によって表わされる情報を記憶する。デコーダ配列104
の付勢された行に情報が記憶された後、ディストリビュ
ータシステム103とデコーダ配列104の間に挿入された周
知の偏光形のビームスプリッタ119がクロック付きの光
源145からのバイアスビーム154のようなクロックを持っ
た光電力信号を先に述べたデコーダ配列のデバイスの各
々に与える。このクロック付きのバイアスビームの大き
さは均一である。バイアスビームはコヒーレントあるい
は非コヒーレントな光源ら第14図で先に説明したように
デコーダ配列全体に与えられる。デコーダ配列の付勢さ
れた行だけが、それに含まれた情報を出力システム105
に記憶するために高電力レベルと低電力レベルを持つ相
補的な光信号対を生ずる。表Aに示したように消勢され
た素子の行は低電力レベルの対だけを放出する。先に引
用した米国特許第4,754,132に述べられているように、
対称SEEDの状態を変化するためには2つの光制御信号ビ
ームの電力の間に予め定められた以上の比が存在する必
要がある。各々の消勢された素子からの光出力信号対の
電力レベルは同一であるから、この光出力信号対は同一
であり、光出力信号対は出力システム105の対称SEED記
憶素子の状態を変化することはない。しかし、付勢され
たデコーダ素子の各々の情報を表わす高電力レベルと低
電力レベルの出力光信号の比は充分大きく、出力システ
ムにおける記憶素子の状態を変化するようになってい
る。従って、付勢されたデコーダ行からの情報だけが出
力システムに記憶されることになる。
Like the encoder array 102, the decoder array 104
As shown, it includes a plurality of optical storage elements, such as three-state symmetric SEEDs arranged in rows 104R1-104RP and columns 104C10-104CM. The switch control circuit 110 via the bus 173
One or more rows of the decoder array are activated to store the information represented by the information signal pairs distributed throughout the corresponding column pairs. Decoder array 104
After the information is stored in the activated row of the well-known polarization beam splitter 119 inserted between the distributor system 103 and the decoder array 104, a clock such as a bias beam 154 from a clocked light source 145 is applied. Is applied to each of the devices of the previously described decoder arrangement. The size of the clocked bias beam is uniform. The bias beam is provided from a coherent or non-coherent light source to the entire decoder array as previously described in FIG. Only the activated rows of the decoder array output the information contained in the output system 105.
To generate a complementary pair of optical signals having a high power level and a low power level for storage. Rows of deactivated devices as shown in Table A emit only low power level pairs. As noted in previously cited U.S. Pat.No. 4,754,132,
In order to change the state of the symmetric SEED, it is necessary that a ratio between the powers of the two optical control signal beams is higher than a predetermined value. Since the power level of the light output signal pair from each deactivated element is the same, the light output signal pair is the same and the light output signal pair changes the state of the symmetric SEED storage element of output system 105. Never. However, the ratio of the high power level and low power level output optical signals representing the information of each of the activated decoder elements is sufficiently large to change the state of the storage element in the output system. Thus, only information from the activated decoder row will be stored in the output system.

第11図はデコーダ配列104によって選択された情報の
行を記憶するための出力記憶配列133と記憶された情報
を空間的に分離された形式から、関連する出力対160
(1)−160(N)に直列に送信するための時間的に分
離された形式に変換するための出力システムレジスタユ
ニット129を含む光出力システムの詳細図である。出力
記憶配列133と出力シフトレジスタユニット129とを含む
出力システムハインタフェースユニット127、128と光透
明な材料126ではさまれている。
FIG. 11 shows an output storage array 133 for storing the rows of information selected by the decoder array 104 and an associated output pair 160 from the spatially separated form of the stored information.
(1) A detailed view of an optical output system including an output system register unit 129 for converting to a time separated format for serial transmission to -160 (N). An output system interface unit 127, 128 including an output storage array 133 and an output shift register unit 129 is sandwiched between optically transparent material 126.

出力記憶インタフェースユニット127はデコーダ配列1
04の素子からの光信号対194(P,n)の像をビームスプリ
ッタ121を通して、出力記憶配列133の対応する位置を有
する受信面に形成するための周知のイメージングシステ
ム120を含んでいる。周知の偏光形のビームスプリッタ1
21は光源142からのクロック付きの光バイアスビーム156
を出力記憶配列133の光記憶素子の各々に向けるように
なっている。
Output storage interface unit 127 is decoder array 1
It includes a well-known imaging system 120 for forming an image of the optical signal pair 194 (P, n) from the elements of 04 through the beam splitter 121 onto a receiving surface having a corresponding position in the output storage array 133. Well-known polarizing beam splitter 1
21 is an optical bias beam 156 with a clock from the light source 142
To each of the optical storage elements of the output storage array 133.

入力記憶配列101と同様に、出力記憶配列133は行133R
1−133RPとなり列133C1−133C8のように周期的に並べら
れた対称SEEDのような複数の光記憶素子を含んでいる。
バイアスアビーム156に応動して、出力記憶配列133はそ
の記憶素子の各々からのそれに含まれた情報を表わす相
補的光情報信号の対を放出して出力シフトレジスタユニ
ット129に記憶する。ある時間フレームの周期からの情
報が出力シフトレジスタユニットに記憶されたあとで、
出力記憶配列はデコーダ配列104からのスイッチされた
情報の次のフレームを記憶しながら、シフトレジスタユ
ニットに記憶されている情報を直列に出力ファイバ対16
0(1)−161(N)に直列にシフトして出す準備ができ
ることになる。
As with the input storage array 101, the output storage array 133 has a row 133R
1-133RP and includes a plurality of optical storage elements such as symmetric SEEDs arranged periodically as columns 133C1-133C8.
In response to the bias beam 156, the output storage array 133 emits a pair of complementary optical information signals from each of its storage elements representing the information contained therein for storage in the output shift register unit 129. After information from a certain time frame period is stored in the output shift register unit,
The output storage array stores the information stored in the shift register unit in series with the output fiber pair 16 while storing the next frame of switched information from the decoder array 104.
It is ready to shift out to 0 (1) -161 (N) in series.

光シフトレジスタインタフェースユニット128に出力
記憶配列133とシフトレジスタ129の間に挿入され、記憶
配列からの光信号の像を出力シフトレジスタユニットの
対応するマスタ記憶素子に形成し、光タイミング制御信
号157−159をシフトレジスタユニットの素子に与えるよ
うになっている。スイッチ制御ユニット110はバス174を
経由して空間光変調器141を制御し、これが図示してい
ない光源からの光電力信号155に応動して光タイミング
制御信号157−159を放出する。シフトレジスタインタフ
ェースユニットは各々の記憶素子からの光信号のイメー
ジをシフトレジスタユニットの各々の対応する位置を持
つマスタSEEDに形成するイメージングシステム122を含
む。周知の偏光形のビームスプリッタ133がシフトレジ
スタユニット129の記憶素子の各々に対してタイミング
信号を向けるようになっている。
The optical shift register interface unit 128 is inserted between the output storage array 133 and the shift register 129 to form an image of the optical signal from the storage array on the corresponding master storage element of the output shift register unit, and the optical timing control signal 157-1. 159 is provided to the elements of the shift register unit. The switch control unit 110 controls the spatial light modulator 141 via the bus 174, and emits an optical timing control signal 157-159 in response to an optical power signal 155 from a light source (not shown). The shift register interface unit includes an imaging system 122 that forms an image of the optical signal from each storage element into a master SEED having a corresponding location in each of the shift register units. A well-known polarizing beam splitter 133 directs a timing signal to each of the storage elements of the shift register unit 129.

入力シフトレジスタユニット131と同様に、出力シフ
トレジスタユニット129は複数の光シフトレジスタ行129
R1−129RPを有し、それに空間的に分離された形式で記
憶された情報を直列に出力光ファイバ対160(1)−160
(N)の関連する対に直列にシフトして、時間的に分離
された形式で送信する。出力シフトレジスタユニット12
9は行134R1−134RPおよび列134C1−134C8に配列された
光記憶素子配列134と、行125R1J−125RPと列125C1−125
C8に配列されたホログラム125の同様の配列を含んでい
る。光学的に透明なスペーサ材料124が記憶素子とホロ
グラム配列の間に入れられている。各々の列は情報のビ
ットを記憶してシフトするためのマスタ、スレーブとし
て指定された1対の記憶素子を含んでいる。記憶素子対
に面して置かれた対応する反射ホログラムの対の配列12
5が周知のマスタスレーブフリップフロップの構成にな
るようにその対を相互接続する。各行の記憶素子の対は
また相対して面したホログラムによって光学的に相互接
続されて、ある記憶対から他の記憶対に対して相補的な
光情報信号をシフトする。例えば、行134R1の記憶素子
の第1のマスタスレーブ対は134(R1,C8)M、134(R1,
C8)Sとして指定されている。相対して面するホログラ
ムも図示のように同様に名付けられている。
Similarly to the input shift register unit 131, the output shift register unit 129 includes a plurality of optical shift register rows 129.
R1-129RP and serially output information stored in a spatially separated form to the pair of optical fibers 160 (1) -160.
(N) is shifted serially to the relevant pair and transmitted in a temporally separated form. Output shift register unit 12
9 is an optical storage element array 134 arranged in rows 134R1-134RP and columns 134C1-134C8, rows 125R1J-125RP and columns 125C1-125.
Includes a similar array of holograms 125 arranged in C8. An optically transparent spacer material 124 is interposed between the storage element and the hologram array. Each column includes a pair of storage elements designated as master and slave for storing and shifting bits of information. Arrangement 12 of corresponding pairs of reflection holograms placed facing storage element pairs
The pairs are interconnected such that 5 is a well-known master-slave flip-flop configuration. The pairs of storage elements in each row are also optically interconnected by facing holograms to shift complementary optical information signals from one storage pair to another. For example, the first master-slave pair of storage elements in row 134R1 is 134 (R1, C8) M, 134 (R1,
C8) Designated as S. Opposing holograms are similarly named as shown.

第15図に示されているのは、理想化された光タイミン
グ制御信号157−159、クロック付きの光バイアスビーム
156および出力ファイバ対160(1)上の相補的光情報信
号対の時間tに関するタイミング図である。図示のよう
に、相補的光情報信号対1502は最後のタイムスロットの
データワードを表わし、これは時間フレーム(F−2)
の8ビットの情報B1−B8を含む。同様の対1503は時間フ
レーム(F−1)の第1のタイムスロットのはじめの数
ビットを表わしている。時間フレーム(F−2)からの
情報は、時刻t3とt4の間で先の時間フレーム(F−3)
の終りのバイアスアビーム156ト同様にバイアスビーム1
56が高電力レベルのパルスとなったとき出力記憶配列13
3から出力シフトレジスタ129に転送されたものである。
この時間の間電子的に制御された空間光変調器141はタ
イミング制御信号157、158および159を低電力レベルに
保つから、情報信号対によって表わされるデータは出力
記憶配列133から出力シフトレジスタユニット129に伝播
する。この結果として、データは出力シフトレジスタユ
ニット129のフリップフロップ対に記憶される。例え
ば、行129R1−129R3のデータが出力シフトレジスタユニ
ットに記憶されたときに、これは一時に1行ずつ単一の
出力ファイバ対160(1)にシフトして出される。バイ
アスアビーム159は出力ファイバ対に情報を転送して出
していないすべての出力シフトレジスタ行については低
電力レベルに保たれる。
FIG. 15 shows an idealized optical timing control signal 157-159, a clocked optical bias beam.
FIG. 5 is a timing diagram for the time t of 156 and the complementary optical information signal pair on output fiber pair 160 (1). As shown, complementary optical information signal pair 1502 represents the data word of the last time slot, which is the time frame (F-2).
8 bits of information B1-B8. Similar pair 1503 represents the first few bits of the first time slot of time frame (F-1). The information from the time frame (F-2) is the time frame (F-3) between the times t3 and t4.
Bias beam 1 at the end
Output storage array 13 when 56 becomes high power level pulse
3 to the output shift register 129.
During this time, the electronically controlled spatial light modulator 141 keeps the timing control signals 157, 158 and 159 at a low power level, so that the data represented by the information signal pair is transferred from the output storage array 133 to the output shift register unit 129. Propagate to As a result, the data is stored in the flip-flop pair of the output shift register unit 129. For example, when the data in rows 129R1-129R3 is stored in the output shift register unit, it is shifted out one row at a time to a single output fiber pair 160 (1). Bias beam 159 is maintained at a low power level for all output shift register rows that are not transferring information out the output fiber pair.

出力シフトレジスタユニット129は行134R1−134RPと
列134C1−134C8に配列された光記憶素子の配列134と同
様に行125R1−125RPと列125C1−125C8に配列されたホロ
グラムを含んでいる。記憶素子とホログラム配列の間に
は光学的に透明な材料124が入っている。配列134の各々
の列は情報のビットを記憶してシフトするマスターとス
レーブの光記憶素子を含んでいる。記憶素子の対に面し
た配列125のホログラムの対応する対が記憶素子の対を
光学的に相互接続して、周知のマスタースレーブフリッ
プフロップの構成を作る。各行の記憶素子の対はまたホ
ログラム対によって光学的に相互接続されて、ある記憶
素子対から他の補的光信号の対をシフトする光シフトレ
ジスタの行を形成する。例えば、記憶素子の行134R1の
第1のマスタースレーブ対は134(R1,C8)Mと134(R1,
C1)Sであり、その行の最後の対は134(R1,C8)Mと13
4(R1,C8)Sである。これに面しているホログラムにつ
いても図示のように同様の番号が付いている。
Output shift register unit 129 includes holograms arranged in rows 125R1-125RP and columns 125C1-125C8, as well as array 134 of optical storage elements arranged in rows 134R1-134RP and columns 134C1-134C8. An optically transparent material 124 is interposed between the storage element and the hologram array. Each column of the array 134 includes master and slave optical storage elements that store and shift bits of information. A corresponding pair of holograms in array 125 facing the pair of storage elements optically interconnects the pair of storage elements, creating a well-known master-slave flip-flop configuration. The pairs of storage elements in each row are also optically interconnected by hologram pairs to form rows of optical shift registers that shift pairs of complementary optical signals from one pair of storage elements. For example, the first master-slave pair in row 134R1 of storage elements may have 134 (R1, C8) M and 134 (R1,
C1) S, the last pair in the row is 134 (R1, C8) M and 13
4 (R1, C8) S. The holograms facing this have the same numbers as shown.

出力シフトレジスタ配列129に記憶された8ビットの
情報B1−B8のシフトは入力シフトレジスタユニット131
について先に述べた方法と同様に実行される。ビットB1
がマスタフリップフロップ記憶素子134(R3,C8)Mに記
憶されており、他のビットB2−B8が行134R3の他のマス
タフリップフロップ記憶素子に記憶されているとすれ
ば、データのシフトのためにはタイミンG信号58をその
行のすべてのマスタフリップフロップ記憶素子に与え、
タイミング信号157を同一の行のすべてのスレーブフリ
ップフロップ記憶素子に与えなければならない。第15図
に図示したように、時刻t0において、バイアスアビーム
は相補的情報信号が出力ファイバ対にシフトして出され
る行だけで高レベルのパルスとなる。マスタフリップフ
ロップ記憶素子に高電力レベルのバアイアスビーム158
が与えられるので、情報信号対はマスタフリップフロッ
プ記憶素子から放出されて配列125の相対するホログラ
ムに向けられ、ここで信号は再び対をなす隣接したフリ
ップフロップ記憶素子に与えられる。時刻t0とt1の間で
はバイアスビーム157は低レベルにあるので、マスタフ
リップフロップ記憶素子上の情報はフレーブフリップフ
ロップ記憶素子に転送される。さらに、マスタフリップ
フロップ記憶素子134(R3,C8)Mからの情報信号はホロ
グラム125(R3,C8)Mにゆき、これがこの信号を出力フ
ァイバ対160(1)に向ける。
The shift of the 8-bit information B1-B8 stored in the output shift register array 129 is performed by the input shift register unit 131.
Is performed in the same manner as described above. Bit B1
Is stored in the master flip-flop storage element 134 (R3, C8) M, and the other bits B2-B8 are stored in the other master flip-flop storage elements of the row 134R3. Provides the timing G signal 58 to all master flip-flop storage elements in that row,
Timing signal 157 must be provided to all slave flip-flop storage elements in the same row. As shown in FIG. 15, at time t0, the bias beam becomes a high-level pulse only in the row where the complementary information signal is shifted out to the output fiber pair. High power level bias beam 158 for master flip-flop storage element
, The information signal pair is emitted from the master flip-flop storage element and directed to the opposing hologram of array 125, where the signal is again provided to the paired adjacent flip-flop storage element. Since the bias beam 157 is at a low level between times t0 and t1, the information on the master flip-flop storage element is transferred to the flave flip-flop storage element. Further, the information signal from master flip-flop storage element 134 (R3, C8) M goes to hologram 125 (R3, C8) M, which directs this signal to output fiber pair 160 (1).

時刻t1で情報の転送が終了したあと、タイミング制御
信号158は低電力レベルに変化する。この結果として、
スレーブフリップフロップ記憶素子に記憶された情報を
表わす相補的情報信号対は相対して面するホログラムに
与えられ、これが信号を隣接したマスタフリップフロッ
プ記憶素子に戻す。これによってスレーブフリップフロ
ップ記憶素子からマスタフリップフロップ記憶素子にデ
ータ転送されたことになる。時刻t2で、タイミング信号
157は低電力レベルに戻り、タイミング信号158は高電力
レベルに戻る。上述したシーケンスは次々に繰返されて
手情報の各ビットをシフトレジスタの行を通してシフト
し、出力ファイバの電力160(1)とする。従って、所
望の並直列変換が行なわれて、空間的に分離した情報を
時間的に分離したフォーマットに変換する。第13図に図
示するように、時間フレームの境界が時刻t8に存在す
る。第14図出は時間フレームの境界は時刻t7で生じ、第
15図では時間境界は時刻t4で生ずる。第13図に示すよう
に時間フレームFが入力シフトレジスタユニット121に
入れられている間に、データがディストリビュータを通
してスイッチされるのであるから、第15図のフレーム境
界のあとでシフトして出されるデータは時間フレーム
(F−1)に対応することになる。
After the transfer of the information ends at time t1, the timing control signal 158 changes to a low power level. As a result of this,
A complementary information signal pair representing the information stored in the slave flip-flop storage element is provided to the facing hologram, which returns the signal to the adjacent master flip-flop storage element. This means that data has been transferred from the slave flip-flop storage element to the master flip-flop storage element. At time t2, the timing signal
157 returns to a low power level and timing signal 158 returns to a high power level. The above sequence is repeated one after the other to shift each bit of hand information through the rows of the shift register, resulting in an output fiber power of 160 (1). Thus, the desired parallel-to-serial conversion is performed to convert the spatially separated information into a temporally separated format. As shown in FIG. 13, a time frame boundary exists at time t8. FIG. 14 shows that the boundary of the time frame occurs at time t7,
In FIG. 15, the time boundary occurs at time t4. Since the data is switched through the distributor while the time frame F is in the input shift register unit 121 as shown in FIG. 13, the data shifted out after the frame boundary in FIG. Corresponds to the time frame (F-1).

各々が情報タイムスロットを含む行129R1−129R3)の
ような出力シフトレジスタの行のグループが160(1)
のような各々の出力ファイバ対に関連している。このグ
ループは関連する出力ファイバ対に時間的に分離された
情報を直列に送信するための時間フレームの情報を含ん
でいる。制御タイミング信号156−159には出力ファイバ
送信システムのデータ速度のクロックが与えられて最後
のデバイスからの情報信号を付勢されたシフトレジスタ
の行の各々に放出する。各グループの行は周知の方法で
自動的に付勢されるか、あるいは代りに制御バス174を
通して出力ファイバシステム190によって制御される。
光スイッチと出力光搬送設備190を同期するために、周
知のタイミング制御信号が出力制御回路110からバス167
に送られる。
A group of rows of output shift registers, such as rows 129R1-129R3, each containing an information time slot, is 160 (1).
Associated with each output fiber pair. This group contains the time frame information for serially transmitting the time separated information to the associated output fiber pair. The control timing signals 156-159 are clocked at the data rate of the output fiber transmission system and release information signals from the last device to each of the activated shift register rows. Each group of rows is automatically activated in a known manner, or alternatively is controlled by output fiber system 190 through control bus 174.
In order to synchronize the optical switch with the output optical carrier 190, a well-known timing control signal is output from the output control circuit 110 to the bus 167.
Sent to

出力シフトレジスタユニット129と出力ファイバ対160
(1)−160(N)の間には光学的に透明なスペーサ材
料126の層がある。スペーサ材料126は各々のホログラム
対が光信号対を、関連する出力ファイバ対に対して最小
の伝送損失で向けるための空間を与える。
Output shift register unit 129 and output fiber pair 160
Between (1) -160 (N) is a layer of optically transparent spacer material 126. Spacer material 126 provides space for each hologram pair to direct an optical signal pair to the associated output fiber pair with minimal transmission loss.

要約すれば、光スイッチアセンブリー100は完全にス
イッチの段の中で光領域で空間分割光スイッチアセンブ
リーと時分割光スイッチアセンブリーの動作を実行す
る。これはエンコーダ配列102からの光情報信号対をデ
コーダ配列124のすべての行に空間的に分配するディス
トリビュータシステムによって実行される。直列に受信
された光情報は入力シフトレジスタユニット131の行に
格納される。このシステムの並列動作を利用するため
に、交換されるべきデータは並列形式でシステムに与え
られなければならない。これは特定のデータのタイムス
ロットに関連した行に対して直列に受信されたデータを
シフトする入力シフトレジスタユニットによって実行さ
れる。同様に、逆の動作が出力シフトレジスタユニット
129で実行され、これではディストリビュータ103を通し
て交換されてきた出力情報が出力シフトレジスタの行か
ら直列に読み出され、出力ファイバ対160(1)−160
(N)に直列に送出される。シフトレジスタユニットに
なる光情報のシフト動作によってディストリビュータは
入来データあるいは出力データよりはるかに低い速度で
動作できる。入出力の記憶ユニットだけが入力と出力の
直列ビットの速度で動作することを要求される。入力シ
ステム101は時間的に分離された光信号のビットの流れ
を空間的に分離されたビットパターンに変換する。情報
は次に並列にディストリビュータを通して出力システム
105に対してスイッチされこのときにスイッチ制御回路1
10の制御下にエンコーダ配列102とデコーダ配列104が使
用される。従って、光ファイバ上の任意のタイムスロッ
トのデータを出力ファイバ中の任意の他のタイムスロッ
トにスイッチすることができ、これによって時間スイッ
チと空間スイッチの両方を実行することができる。
In summary, the optical switch assembly 100 performs the operation of the space division optical switch assembly and the time division optical switch assembly in the optical domain completely within the stage of the switch. This is performed by a distributor system that spatially distributes the optical information signal pairs from encoder array 102 to all rows of decoder array 124. The optical information received in series is stored in a row of the input shift register unit 131. In order to take advantage of the parallel operation of this system, the data to be exchanged must be provided to the system in a parallel format. This is performed by the input shift register unit which shifts the received data serially for the row associated with the particular data time slot. Similarly, the opposite operation is performed by the output shift register unit.
129, in which output information exchanged through the distributor 103 is read out serially from a row of output shift registers and output fiber pairs 160 (1) -160.
(N). The shift operation of the optical information, which becomes a shift register unit, allows the distributor to operate at a much lower speed than the incoming or outgoing data. Only the input and output storage units are required to operate at the rate of the input and output serial bits. The input system 101 converts the bit stream of the temporally separated optical signal into a spatially separated bit pattern. The information is then output through a distributor in parallel
Switched to 105 and switch control circuit 1
An encoder arrangement 102 and a decoder arrangement 104 are used under the control of 10. Thus, data in any time slot on the optical fiber can be switched to any other time slot in the output fiber, thereby performing both a time switch and a space switch.

以上、本発明の光スイッチアセンブリーについて詳細
に説明を行ってきたが、最後にあたり本発明の端的かつ
明確な理解に資することを目的として、本発明に係る光
スイッチアセンブリーの動作原理および特徴をまとめて
おきたい。
As described above, the optical switch assembly of the present invention has been described in detail. I want to summarize.

動作原理 本発明の光スイッチアセンブリーは、光送信器素子の
配列(102)からの光を光受信器素子の配列(104)に対
して方向づける光ディストリビュータ(103)を含む。
これら素子はx方向に伸びる行とy方向に伸びる列に2
次元的に配列されている。重要なことは、これら素子は
行毎に選択的に活性化(付勢)可能なことである。ディ
ストリビュータは、xおよびy方向において異なる集束
特性を有する集束手段(501,504,506)で製作される。
集束特性が異なるために、送信器素子配列の任意の列中
の任意の素子からの光は、受信器素子配列の対応する列
中のすべての素子にわたって分配される。結果として、
送信器素子の任意の行からの光は受信器素子の行の任意
の1つもしくは2つ以上のものに選択的に転送される。
この光スイッチアセンブリーは、複数の直列光信号入力
チャンネル(150)から光信号を受信するよう構成され
た光シフトレジスタユニット(131)および入力記憶素
子配列からなる光入力システム(101)をも含んでい
る。光入力システムは、直列光信号を空間的に分離す
る。入力記憶素子配列(132)は、空間的に分離された
信号を受信し記憶するとともに、それらを送信器素子の
配列に印加する。入力チャンネルの各々は、入力記憶素
子配列の1つもしくは2つ以上の行に一義的に割り当て
られている。1つもしくは2つ以上の入力チャンネル
は、入力記憶配列の複数の行であって異なるタイムスロ
ットに対応する行に割り当てられている。
Principle of Operation The optical switch assembly of the present invention includes an optical distributor (103) that directs light from the array of optical transmitter elements (102) to the array of optical receiver elements (104).
These elements are arranged in rows extending in the x direction and columns extending in the y direction.
They are arranged in a dimension. Importantly, these elements can be selectively activated (energized) row by row. The distributor is made with focusing means (501, 504, 506) having different focusing characteristics in the x and y directions.
Due to the different focusing characteristics, light from any element in any column of the array of transmitter elements is distributed across all elements in the corresponding row of the array of receiver elements. as a result,
Light from any row of transmitter elements is selectively transferred to any one or more of the rows of receiver elements.
The optical switch assembly also includes an optical input system (101) comprising an optical shift register unit (131) configured to receive optical signals from the plurality of serial optical signal input channels (150) and an input storage element array. In. The optical input system spatially separates the serial optical signals. An input storage element array (132) receives and stores the spatially separated signals and applies them to an array of transmitter elements. Each of the input channels is uniquely assigned to one or more rows of the input storage element array. One or more input channels are assigned to a plurality of rows of the input storage array corresponding to different time slots.

さらに、本発明の光スイッチは、受信器素子の配列か
らの信号を記憶するための出力記憶素子配列(133)
と、出力記憶素子配列に記憶された信号を複数の直列光
信号出力チャンネル(160)に直列にシフトするよう構
成された出力シフトレジスタユニット(129)とからな
る光出力システム(105)を含んでいる。出力チャンネ
ルの各々は、出力記憶素子配列の1つもしくは2つ以上
の行に一義的に割り当てられている。
Further, the optical switch of the present invention further comprises an output storage element array for storing signals from the array of receiver elements.
And an optical output system (105) comprising an output shift register unit (129) configured to serially shift a signal stored in the output storage element array to a plurality of serial optical signal output channels (160). I have. Each of the output channels is uniquely assigned to one or more rows of the output storage element array.

この光スイッチは、単一交換段内において光信号の空
間分割交換(スイッチング)および時間分割交換の両方
を実行するよう動作する。入力ファイバーは、いくつか
のタイムスロットを有していてもよい。各入力ファイバ
ーの各タイムスロットは、送信器素子の配列中の異なる
行に割り当てられる。ディストリビュータの動作のため
に1つの送信器行中の情報は1つもしくは2つ以上の任
意の受信器行へと転送される。したがって、1つの入力
ファイバーのタイムスロットを任意の出力ファイバー上
の任意のタイムスロットに交換しスイッチングすること
ができる。
The optical switch operates to perform both space division switching and time division switching of optical signals within a single switching stage. An input fiber may have several time slots. Each time slot of each input fiber is assigned to a different row in the array of transmitter elements. The information in one transmitter row is transferred to one or more optional receiver rows for distributor operation. Therefore, it is possible to exchange and switch the time slot of one input fiber to any time slot on any output fiber.

ディストリビュータは、好都合なことに入力位置の配
列の選択された行からの個々の列の光信号をその光軸と
出力配列の対応する列の中心に関して中心を合わせて分
散し、個々の対応する出力列のどの位置をも照らすよう
にすることができる。入力列における光信号の垂直位置
には無関係に同一の結果が得られる。選択された入力配
列の行の他の列から発された各々の信号についても同様
の結果が得られる。
The distributor advantageously distributes the optical signals of the individual columns from the selected row of the array of input locations centered with respect to its optical axis and the center of the corresponding columns of the output array, and the individual corresponding output Any position in the row can be illuminated. The same result is obtained regardless of the vertical position of the optical signal in the input train. Similar results are obtained for each signal emitted from the other columns of the row of the selected input array.

特徴 本発明の光スイッチアセンブリーは、 光送信器素子の配列(102)、 光受信器素子の配列(104)、 該送信器素子の配列から受信器素子の配列に対して光
を方向づけるための光ディストリビュータ(103)、お
よび送信器素子の配列を通して受信器素子の配列に対し
て光を方向づけるための光ソース(150(1)、151
(1))を主な構成要素とする。
The optical switch assembly of the present invention comprises: an array of optical transmitter elements (102); an array of optical receiver elements (104); An optical distributor (103) and an optical source (150 (1), 151) for directing light through the array of transmitter elements to the array of receiver elements.
(1)) is a main component.

光送信器素子の配列102は、個々の光ビームのエンコ
ーディング配列、即ち入力配列から構成される。光受信
器素子の配列104は、配列102(第1図も参照のこと)に
おける素子に対応するよう並べられた素子を有するデコ
ーダ配列から成る。光ソース150(1)ないし150(N)
は、送信器素子の配列を通して受信器素子の配列に向け
られる光を提供するものである。各配列の素子は行ごと
に選択的に活性化、即ち付勢することができる。第5図
を参照するとわかるように、ディストリビュータはxお
よびy方向(第5図の上部左端におけるx、y、z座標
系を参照のこと)において異なる集束特性を有する集束
手段501、506、504から成る。送信器素子および受信器
素子の配列は、x方向における集束に関してディストリ
ビュータのそれぞれの共役面に配置されている。即ち、
第7図を参照すると、送信器素子102の配列における左
端の素子上の光入力はレンズ506によって方向づけら
れ、即ち集束されてその結果対応する光素子が受信器素
子104の配列の右端列における素子に現れることとな
る。この左から右へおよび右から左への置き換えは、
「x方向における集束に関し共役面の関係にある」と定
義される。第6図はy方向(垂直方向)の光転送を図解
している。受信器素子の配列は、y方向集束に関してデ
ィストリビュータの焦点面に配置される。これにより光
は、送信器素子の配列における1つの列の任意の行の素
子の任意のものから受信器配列における素子列のすべて
の素子を網羅して分配されることなる。第5図を参照す
ると、送信器配列102の最上行、左端列における光素子5
50は、第5図に示されるような受信器配列104上に示さ
れるような対応光分布に帰着するようディストリビュー
タのx方向とy方向の双方にマッピングされる。即ち、
x方向においては共役なマッピング即ち左から右へのマ
ッピングにより、左端列から右端列への光ビーム転送が
結果として生じる。そしてy方向に関しては、入力ビー
ムはx方向マッピングによって決定されるような列にお
けるすべての行をカバーするよう広がる。このようにし
て送信器素子の任意の行からの光が受信器素子の行の任
意の1つ又は2つ以上のものに選択的に転送されること
になる。本発明の光スイッチアセンブリーは、光ビーム
によって搬送される情報の空間的な方向づけを許容する
という作用効果をもたらす。先に発明した例において、
第5図を参照すると、光ビーム550は、列(そこに光の
形552が分配される)中に並べられた対応する受信素子
の任意のものにより受信可能である。与えられたタイム
スロットに対して、対応する列における任意の受信器素
子は情報550を受信することができる。そして典型的に
は、この列の1つの行における1つの受信器素子のみが
活性化(付勢)されるので、送信器素子配列102におけ
る上部行、左列から受信器配列104における右端列の1
つの行への空間的な経路づけがなされることになる。本
発明の光スイッチアセンブリーに含まれる光ディストリ
ビュータは、入力デバイス配列の任意の行からの出力ビ
ットをとらえて光ディストリビュータにより光のビーム
を導びく(道案内をする)光学的装置である。しかしな
がら、入力ビットの各々からの光ビームを他のものと干
渉させてはならない(クロフトークを最小にせねばなら
ない)ため、行を越えて空間的に分離されるビットの各
々は光学機器によって保存されねばならない。このよう
にディストリビュータは、垂直なy方向における光ビー
ムを広げるとともに水平なx方向における光ビームの発
散を制御するよう機能するものである。アレイをx方向
に関してディストリビュータの共役面に配置することに
より、像形成を行ってビームの水平分散を制御する。一
方、y方向に関してアレイをディストリビュータの焦点
面に配置しフーリエ変換を生じさせ、そしてビームの垂
直な広がりを得るようにする。
The array of optical transmitter elements 102 comprises an encoding array of individual light beams, ie, an input array. The array 104 of optical receiver elements comprises a decoder array having elements arranged to correspond to the elements in the array 102 (see also FIG. 1). Light source 150 (1) to 150 (N)
Provides light that is directed through the array of transmitter elements to the array of receiver elements. The elements of each array can be selectively activated, or activated, row by row. As can be seen with reference to FIG. 5, the distributor is provided by focusing means 501, 506, 504 having different focusing characteristics in the x and y directions (see the x, y, z coordinate system at the upper left end of FIG. 5). Become. An array of transmitter and receiver elements is located in each conjugate plane of the distributor with respect to focusing in the x-direction. That is,
Referring to FIG. 7, the light input on the leftmost element in the array of transmitter elements 102 is directed, ie, focused, by a lens 506 so that the corresponding optical element is in the rightmost column of the array of receiver elements 104. Will appear. This left-to-right and right-to-left replacement
It is defined as “having a conjugate plane relationship with respect to focusing in the x direction”. FIG. 6 illustrates light transfer in the y-direction (vertical direction). An array of receiver elements is located at the focal plane of the distributor with respect to y-direction focusing. This allows light to be distributed from any of the elements in any row of one column in the array of transmitter elements to all elements in the array of elements in the receiver array. Referring to FIG. 5, the optical element 5 in the top row and the leftmost column of the transmitter array 102 is shown.
50 is mapped in both the x and y directions of the distributor to result in a corresponding light distribution as shown on the receiver array 104 as shown in FIG. That is,
In the x-direction, a conjugate or left-to-right mapping results in a light beam transfer from the leftmost column to the rightmost column. And in the y direction, the input beam is spread to cover all rows in the column as determined by the x direction mapping. In this manner, light from any row of transmitter elements will be selectively transferred to any one or more of the rows of receiver elements. The optical switch assembly of the present invention has the effect of allowing spatial orientation of the information carried by the light beam. In the example we invented earlier,
Referring to FIG. 5, the light beam 550 can be received by any of the corresponding receiving elements arranged in a row (in which the light form 552 is distributed). For a given time slot, any receiver element in the corresponding column can receive information 550. And typically, since only one receiver element in one row of this column is activated (energized), the top row in the transmitter element array 102, from the left column to the rightmost column in the receiver array 104 1
Spatial routing to one row will be done. The optical distributor included in the optical switch assembly of the present invention is an optical device that captures output bits from any row of the input device array and directs a beam of light by the optical distributor. However, since the light beam from each of the input bits must not interfere with the others (Clochtalk must be minimized), each of the bits that are spatially separated across rows must be stored by optics. No. Thus, the distributor functions to spread the light beam in the vertical y-direction and control the divergence of the light beam in the horizontal x-direction. By placing the array in the conjugate plane of the distributor with respect to the x-direction, imaging is performed to control the horizontal dispersion of the beam. On the other hand, the array is positioned at the focal plane of the distributor with respect to the y-direction, causing a Fourier transform and obtaining a vertical spread of the beam.

本発明は、単一のステージの光ディストリビュータを
使用して時間と空間の両方のスイッチングを提供するこ
とにより従来技術における問題を解消したものである。
このディストリビュータは、自由空間クロスバースイッ
チやリチウムニオブ多段スイッチに対するハードウエア
要求よりも複雑さが低減される。本発明では、フーリエ
変換の操作のため光入力信号の垂直位置にかかわらず同
じ垂直ビーム拡散効果が達成される。時間領域の信号を
表わす時間関数のすべてのフーリエ変換が周波数領域に
おいてW=0点に関して対象的であるということを考慮
すればこの効果は容易に理解できることである。同様
に、この発明における入力空間関数のフーリエ変換もま
た光軸に関して対象的である。時間領域関数についての
時間信号の時間シフトはフーリエ変換の位相シフトに帰
着するにすぎない。そのため、フーリエ変換の振幅関数
は、時間信号の時間シフトにより少しも影響を受けな
い。これと同様に、本発明の実施例におけるレンズは、
入力デバイス配列の垂直y軸にそって信号の電界分布の
フーリエ変換を生じさせるので、入力スポットの垂直な
空間シフトは出力デバイス配列で作り出されるフーリエ
変換の振幅関数を変化させることはない。即ち、出力デ
バイス配列に到達する光信号の位相が変化するにすぎな
い。出力デバイス配列の光検出器は光の位相に対して敏
感ではないので、出力検出器は、その信号が入力デバイ
ス配列のどこで付勢されたかにかかわらず同じ信号を受
信することとなる。入力デバイス配列における送信器の
付勢は入力電界パターンに直接反映する。送信器は、バ
ス上で付勢されつつあるワード中のビットの状態にもと
づいて変調されるので、この電界パターンは事実上ワー
ド中のビットの状態によって形成されることになる。
The present invention overcomes the problems in the prior art by using a single stage light distributor to provide both time and space switching.
This distributor is less complex than the hardware requirements for free space crossbar switches and lithium niobium multistage switches. In the present invention, the same vertical beam spreading effect is achieved regardless of the vertical position of the optical input signal due to the operation of the Fourier transform. This effect can be easily understood by considering that all Fourier transforms of the time function representing signals in the time domain are symmetric with respect to the W = 0 point in the frequency domain. Similarly, the Fourier transform of the input spatial function in the present invention is also symmetric with respect to the optical axis. The time shift of the time signal with respect to the time domain function only results in a phase shift of the Fourier transform. Therefore, the amplitude function of the Fourier transform is not affected at all by the time shift of the time signal. Similarly, the lens in the embodiment of the present invention is
The vertical spatial shift of the input spot does not change the amplitude function of the Fourier transform produced by the output device array, as it causes a Fourier transform of the signal's electric field distribution along the vertical y-axis of the input device array. That is, only the phase of the optical signal reaching the output device array changes. Because the photodetectors of the output device array are not sensitive to the phase of the light, the output detector will receive the same signal regardless of where the signal was activated in the input device array. Activation of the transmitter in the input device array directly reflects the input electric field pattern. Since the transmitter is modulated based on the state of the bits in the word being activated on the bus, this electric field pattern will effectively be formed by the state of the bits in the word.

本発明の別の局面は、入力におけるシリアルデータ流
を、(ディストリビュータに注入することのできる)パ
ラレル(並列)構成のWビットに変換するためのシフト
レジスタを用いていることである。任意のシフトレジス
タは、2つの基本的な要素、即ちフリップ・フロップ蓄
積素子と、フリップ・フロップPの出力をフリップ・フ
ロップ(P+1)の入力に接続するための手段とを有し
ている。図解された実施例において、フリップ・フロッ
プ蓄積素子は、SEEDデバイスにより提供される。また、
フリップ・フロップの出力を別のフリップ・フロップの
入力に接続するための手段は、1つのSEEDデバイスから
放射している光ビームを別のSEEDデバイスの入力に経路
づけするホログラムによって提供される。ホログラム
は、SEEDデバイスのi行、P段のビームをSEEDデバイス
のi行、(P+1)段に反射させる反射ホログラムであ
る。
Another aspect of the invention is the use of a shift register to convert the serial data stream at the input to W bits in a parallel configuration (which can be injected into the distributor). Any shift register has two basic elements: a flip-flop storage element, and means for connecting the output of flip-flop P to the input of flip-flop (P + 1). In the illustrated embodiment, the flip-flop storage element is provided by a SEED device. Also,
The means for connecting the output of one flip-flop to the input of another flip-flop is provided by a hologram that routes the light beam emanating from one SEED device to the input of another SEED device. The hologram is a reflection hologram that reflects a beam in the i-th row of the SEED device and the P-stage to the (P + 1) -th row in the SEED device.

ビーム−スプリッタ(ビーム分割器)109は、セメテ
ックス空間光変調器から入力レジスタユニット131上へ
の光制御(即ち、クロック)信号と同様にファイバーか
らの光入力信号を導くために用いられる。これは、ファ
イバからの光がビームスプリッタを通過してデバイス配
列に進むようにその光をP−偏光することにより、また
セメテックスからの光がデバイス配列上で反射するよう
にその光をS−偏光させることにより遂行される。これ
らの信号が方向づけられるデバイス配列は、本発明では
フリップ・フロップとして動作するSEEDデバイスであ
る。その配列は、上述したようなシフトレジスタを実施
するのに必要な多くのフリップ・フロップを提供する。
A beam-splitter (beam splitter) 109 is used to guide the optical input signal from the fiber as well as the optical control (ie, clock) signal from the Semtex spatial light modulator onto the input register unit 131. This is because the light from the fiber is P-polarized so that it passes through the beam splitter and travels to the device array, and the light is S-polarized so that the light from the semtex is reflected off the device array. It is accomplished by having The device array to which these signals are directed is a SEED device that operates as a flip-flop in the present invention. The arrangement provides the many flip-flops necessary to implement a shift register as described above.

上述したように、フーリエ光学を応用することにより
垂直方向において光ビームを拡大し、これにより出力面
に生ずる強度分布を入力ビームの垂直位置にかかわらず
光軸に集中させることができる。
As described above, by applying Fourier optics, the light beam can be expanded in the vertical direction, so that the intensity distribution generated on the output surface can be concentrated on the optical axis regardless of the vertical position of the input beam.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の光スイッチアセンブリーの図; 第2図は第1図の光スイッチアセンブリーの入力システ
ムの詳細な説明図; 第3図は第1図の光スイッチアセンブリーのビーム形成
システムによって形成されるガウス分布を有する光バイ
アスアビームの大きさを示す詳細図; 第4図は第1図の光スイッチアセンブリーのエンコーダ
配列で使用される自己電気−光効果デバイスの回路図; 第5図は第1図の光スイッチアセンブリーのディストリ
ビュータの詳細図; 第6図は第5図のディストリビュータの側面図; 第7図は第5図のディストリビュータの上面図; 第8図は第1図の光スイッチアセンブリーの単一のエン
コーダ素子の入力電界の波形例とデコーダ配列に存在す
る結果として得られるフーリエ変換を表わす図; 第9図は第1図の光スイッチのデコーダ配列の列の光素
子からの波形例とデコーダ配列に存在する結果として得
られるフーリエ変換を表わす図; 第10図は第1図の光スイッチアセンブリーのエンコーダ
配列の列からの雑音波形例と単一の光情報信号とデコー
ダ配列上の結果として得られるフーリエ変換を表わす
図; 第11図は第1図の光スイッチアセンブリーの出力システ
ムの詳細図; 第12図は第2図の入力システムの一部の詳細図; 第13図乃至第15図は第1図の光スイッチアセンブリーの
入力システム101、ディストリビュータ103および出力シ
ステム105に与えられる種々の光情報信号と光および電
気タイミング制御信号のタイミング図である。 [主要部分の符号の説明] ディストリビュータ手段……103 デコーダ手段……104 制御手段……110 エンコーダ手段……102
1 is a diagram of the optical switch assembly of the present invention; FIG. 2 is a detailed illustration of the input system of the optical switch assembly of FIG. 1; FIG. 3 is beam forming of the optical switch assembly of FIG. FIG. 4 is a detailed diagram showing the magnitude of an optical bias beam having a Gaussian distribution formed by the system; FIG. 4 is a circuit diagram of a self-electro-optical effect device used in the encoder array of the optical switch assembly of FIG. 1; 5 is a detailed view of the distributor of the optical switch assembly of FIG. 1; FIG. 6 is a side view of the distributor of FIG. 5; FIG. 7 is a top view of the distributor of FIG. FIG. 9 shows an example of the waveform of the input electric field of a single encoder element of the optical switch assembly and the resulting Fourier transform present in the decoder arrangement; FIG. 10 illustrates exemplary waveforms from the optical elements of a row of the decoder array of the optical switch and the resulting Fourier transform present in the decoder array; FIG. 10 shows noise from the row of the encoder array of the optical switch assembly of FIG. 1; FIG. 11 shows an example waveform and a single optical information signal and the resulting Fourier transform on the decoder array; FIG. 11 is a detailed view of the output system of the optical switch assembly of FIG. 1; FIG. 12 is FIG. 13 to 15 show various optical information signals and optical and electrical timings provided to the input system 101, distributor 103 and output system 105 of the optical switch assembly of FIG. FIG. 4 is a timing chart of a control signal. [Description of Signs of Main Parts] Distributor Means 103 Decoder Means 104 Control Means 110 Encoder Means 102

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハーヴァード エス.ヒントン アメリカ合衆国 60565 イリノイズ, ネイパーヴィル,カリコ アヴェニュー 1229 (72)発明者 フレデリック ビー.マッコーミック, ジュニヤ アメリカ合衆国 60532 イリノイズ, リッスル,アパートメント 4エム,ア ベイ ドライヴ 5650 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (72) Inventor Harvard S. Hinton United States 60565 Illinois, Naperville, Calico Avenue 1229 (72) Inventor Frederick Bee. McCormick, Jr. United States 60532 Illinois, Wristle, Apartment 4M, A Bay Drive 5650

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】光送信器素子の配列(102)、 光受信器素子の配列(104)、および該送信器素子の配
列から受信器素子の配列に対して光を方向づけるための
光ディストリビュータ(103)を含み、ここで、該配列
は2次元配列であって、該素子はx方向に伸びる行とy
方向に伸びる列に配列されており、 さらに、送信器素子の配列を通して受信器素子の配列に
対し光を方向づけるための光ソース(150(1)ないし1
50(N))を含む光スイッチアセンブリーにおいて、 該配列の該素子は行毎に選択的に活性化可能であり、該
配列がx方向における集束に関してディストリビュータ
のそれぞれの共役面に位置するとともに受信器素子の配
列がy方向における集束に関してディストリビュータの
焦点面に位置するように該ディストリビュータがxおよ
びy方向において異なる集束特性を有する集束手段(50
1,504,506)からなり、また送信器素子の配列の任意の
列中の任意の素子からの光が受信器素子の配列の対応す
るすべての素子にわたって分配され、これにより結果と
して送信器素子の任意の行からの光が受信器素子の行の
任意の1つもしくは2つ以上のものに選択的に転送され
るようになっていることを特徴とする光スイッチアセン
ブリー。
An array of optical transmitter elements (102), an array of optical receiver elements (104), and an optical distributor (103) for directing light from the array of transmitter elements to the array of receiver elements. ) Wherein the array is a two-dimensional array, wherein the elements have rows extending in the x-direction and y
Light sources (150 (1) through 150 (1)) for directing light through the array of transmitter elements to the array of receiver elements.
50 (N)), wherein the elements of the array are selectively activatable row by row, wherein the array is positioned at a respective conjugate plane of the distributor with respect to focusing in the x-direction and receives. Focusing means (50) having different focusing characteristics in the x and y directions such that the arrangement of the detector elements is located at the focal plane of the distributor with respect to the focusing in the y direction.
1,504,506) and light from any element in any column of the array of transmitter elements is distributed over all corresponding elements of the array of receiver elements, thereby resulting in any row of transmitter elements. An optical switch assembly characterized in that light from the optical switch assembly is selectively transferred to any one or more of the rows of receiver elements.
【請求項2】特許請求の範囲第1項に記載の光スイッチ
アセンブリーにおいて、 複数の直列光信号入力チャンネル(150)からの光信号
を受信するよう構成され直列光信号を空間的に分離する
ための光シフトレジスタユニット(131)、および該空
間的に分離された信号を受信して記憶し、そしてそれら
を送信器素子の該配列に印加するよう送信器素子の配列
の行および列に対応する行および列に構成された入力記
憶素子配列(132)からなる光入力システム(101)を含
むことを特徴とする光スイッチアセンブリー。
2. The optical switch assembly of claim 1, wherein the optical switch assembly is configured to receive optical signals from a plurality of serial optical signal input channels (150) and spatially separate the serial optical signals. An optical shift register unit (131) for receiving and storing the spatially separated signals and corresponding to the rows and columns of the array of transmitter elements to apply them to the array of transmitter elements An optical switch assembly comprising an optical input system (101) comprising an array of input storage elements (132) arranged in rows and columns.
【請求項3】特許請求の範囲第2項に記載の光スイッチ
アセンブリーにおいて、 該入力チャンネルの各々が、入力記憶素子配列の1つも
しくは2つ以上の行に一義的に割り当てられていること
を特徴とする光スイッチアセンブリー。
3. The optical switch assembly according to claim 2, wherein each of said input channels is uniquely assigned to one or more rows of an input storage element array. An optical switch assembly, comprising:
【請求項4】特許請求の範囲第3項に記載の光スイッチ
アセンブリーにおいて、 該入力チャンネルの1つもしくは2つ以上が、該入力記
憶配列の複数の行であって異なるタイムスロットに対応
する複数の行に割り当てられていることを特徴とする光
スイッチアセンブリー。
4. The optical switch assembly according to claim 3, wherein one or more of said input channels correspond to a plurality of rows of said input storage array and different time slots. An optical switch assembly, wherein the optical switch assembly is assigned to a plurality of rows.
【請求項5】特許請求の範囲第1項、第2項、第3項お
よび第4項のいずれかに記載の光スイッチアセンブリー
において、 該受信器素子の配列からの信号を記憶するため該受信器
素子の配列の行と列に対応する行と列に構成される出力
記憶素子配列(133)、および 該出力記憶素子配列に記憶された信号を複数の直列光信
号出力チャンネル(160)へと直列にシフトするよう構
成された出力シフトレジスタユニット(129)からなる
光出力システム(105)を含むことを特徴とする光スイ
ッチアセンブリー。
5. The optical switch assembly according to claim 1, wherein the signal from the array of receiver elements is stored for storing signals from the array of receiver elements. An output storage element array (133) configured in rows and columns corresponding to the rows and columns of the array of receiver elements, and a signal stored in the output storage element array to a plurality of serial optical signal output channels (160) An optical switch assembly comprising an optical output system (105) consisting of an output shift register unit (129) configured to shift in series with the optical switch assembly (105).
【請求項6】特許請求の範囲第5項に記載の光スイッチ
アセンブリーにおいて、 該出力チャンネルの各々が、出力記憶素子配列の1つも
しくは2つ以上の行に一義的に割り当てられていること
を特徴とする光スイッチアセンブリー。
6. The optical switch assembly according to claim 5, wherein each of said output channels is uniquely assigned to one or more rows of an output storage element array. An optical switch assembly, comprising:
【請求項7】特許請求の範囲第6項に記載の光スイッチ
アセンブリーにおいて、 該出力チャンネルの1つもしくは2つ以上が出力記憶素
子配列の複数の行であって異なるタイムスロットに対応
する複数の行に割り当てられていることを特徴とする光
スイッチアセンブリー。
7. The optical switch assembly according to claim 6, wherein one or more of said output channels are a plurality of rows of an output storage element array and correspond to different time slots. An optical switch assembly, wherein the optical switch assembly is assigned to rows.
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